СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01M1/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам смазки двигателей внутреннего сгорания.

Известна масляная система двигателя внутреннего сгорания [1], содержащая масляную емкость (поддон), насос с приводом от коленчатого вала двигателя, редукционный клапан, нагнетательную магистраль, охладитель масла, два отдельно установленных друг от друга масляных фильтра, главную магистраль. Охладитель масла подсоединен в систему параллельно главной магистрали. Через него проходит лишь часть масла, которая затем сливается обратно в поддон. Эффективность охладителя поэтому невысокая. Невозможно осуществить обслуживание масляных фильтров на работающем двигателе (что особенно актуально для стационарных и судовых двигателей). Двигатель не снабжен форсунками орошения поршней.

Известна масляная система двигателя внутреннего сгорания [2], выбранная за прототип, содержащая масляную емкость (поддон), насос с приводом от коленчатого вала двигателя, редукционный клапан, нагнетательную магистраль, охладитель масла, масляный фильтр, главную магистраль и форсунки орошения поршней.

Недостатками масляной системы являются:
1. Отсутствие устройства для поддержания постоянного давления в главной масляной магистрали, что по мере износа двигателя и увеличения зазоров в парах трения ведет к падению давления в системе. Давление в системе падает при снижении оборотов двигателя.

2. Отсутствие возможности обслуживания масляного фильтра (промывка, замена фильтроэлемента) на работающем двигателе.

3. Форсунки орошения поршней установлены непосредственно на главной магистрали. Давление масла в форсунках такое же, как и в главной магистрали. Чтобы обеспечить требуемый расход масла через форсунки орошения поршней, выходные отверстия выполняют малого диаметра, что приводит к их засорению и закоксовыванию.

4. В системе установлен один охладитель масла, прикрепленный к боковой стенке картера двигателя. Это упрощает конструкцию, но увеличивает габарит двигателя по ширине.

5. Канал главной магистрали закрывается заглушками, не обладающими другими функциональными возможностями.

Задача состоит в обеспечении постоянного давления в масляной системе и уменьшении влияния на него изношенности двигателя и изменения оборотов коленчатого вала, в обеспечении возможности попеременного обслуживания масляных фильтров (промывка, замена фильтроэлементов) на работающем двигателе, повышении надежности работы форсунок орошения поршней за счет уменьшения вероятности их засорения и закоксовывания, в обеспечении компактного размещения охладителей масла на двигателе.

Решение задачи достигается за счет того, что в системе смазки V-образного двигателя внутреннего сгорания с шестеренчатым приводом навесных агрегатов, установленном на консольно закрепленных на торце картера осях с одной стороны и шестеренчатым приводом топливного насоса с другой стороны картера, содержащей масляную емкость (поддон), размещенный в поддоне с приводом от коленчатого вала двигателя насос, редукционный клапан, нагнетательную магистраль, охладители масла, два отдельно установленных на торце двигателя полнопоточных фильтра, главную магистраль, выполненную в виде канала в развале блок-картера, форсунки орошения поршней и предпусковой маслозакачивающий насос, согласно изобретению на выходе из масляного насоса нагнетательная магистраль разделена на две параллельные ветви, каждая из которых последовательно подсоединена к своему охладителю масла и масляному фильтру. На выходе из фильтров ветви нагнетательной магистрали объединены в главную магистраль.

К одному из масляных фильтров подсоединен насос предпусковой прокачки масла, а на входе каждого фильтра установлен обратный клапан, состоящий из седла и запорного элемента, подпружиненного к седлу со стороны фильтра. В корпус каждого клапана ввернут винт, размещенный внутри пружины. Головка винта выходит наружу. Этот винт позволяет осуществлять поджатие запорного элемента к седлу. На входе в масляный фильтр одной из ветвей нагнетательной магистрали выполнен канал слива масла в картер и установлен регулятор давления масла. Регулятор давления масла состоит из корпуса, в котором размещен ступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны большего диаметра. Полость между меньшим и большим диаметрами плунжера сообщается с главной магистралью. Цилиндрическая часть плунжера меньшего диаметра перекрывает канал слива масла из нагнетательной магистрали в картер двигателя. Полость за плунжером со стороны пружины соединена с каналом слива сквозным осевым отверстием в плунжере. Другая ветвь нагнетательной магистрали после охладителя масла сообщается с дополнительной масляной магистралью, подводящей масло к форсункам орошения поршней через клапан постоянного давления. Клапан постоянного давления состоит из корпуса, внутри которого размещен двухступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны меньшего диаметра. Со стороны большего диаметра, обращенного в сторону дополнительной магистрали, имеется глухое отверстие, сообщающееся через радиальные окна, выполненные на плунжере на участке меньшего диаметра с полостью в корпусе, ограниченной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера. Полость за плунжером с размещенной в ней пружиной сообщается каналом с полостью картера двигателя, а полость за плунжером со стороны большего диаметра сообщается с каналом дополнительной магистрали.

Участки ветвей, подводящие масло от фильтров к главной магистрали, выполнены в виде горизонтальных каналов в торцевой стенке блок-картера двигателя, перекрещивающихся с каналом главной магистрали. На торце картера выполнена цилиндрическая открытая полость, объединяющая эти каналы. Полость закрыта фланцем консольно закрепленной на торце блок-картера оси паразитной шестерни привода навесных агрегатов. Противоположный торец канала главной магистрали закрыт фланцем консольной оси блока шестерен привода топливного насоса.

Дополнительная магистраль выполнена в виде двух каналов, выполненных в боковых стенках блок-картера и соединенных между собой приставной трубой, закрепленной на торце блок-картера и проходящей между осью шестерни коленчатого вала и осью промежуточного блока шестерен привода топливного насоса.

Редукционный клапан установлен снаружи на торце ветви нагнетательной магистрали, со стороны привода масляного насоса.

Новые существенные признаки предлагаемой системы смазки двигателя внутреннего сгорания очевидны и не присущи известным решениям (аналогу и прототипу) той же задачи.

Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения достаточна и необходима для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - поставленной задачи.

Ничего подобного в истории двигателестроения еще не было.

На фиг.1 показана схема масляной системы двигателя в целом.

На фиг.2 - часть масляного фильтра с установленным она нем обратным клапаном и регулятором давления.

На фиг.3 - клапан постоянного давления.

На фиг.4 - продольный разрез двигателя по главной масляной магистрали.

На фиг.5 - разрез А-А на фиг.4.

На фиг. 6 - разрез обратного клапана, размещенного на выходе из каждого фильтра (поз.60 и 61 фиг.1).

Система смазки размещена она V-образном двигателе внутреннего сгорания (фиг. 1), состоящем из блок-картера 1 с размещенным внутри него коленчатым валом 2 с маховиком 3 и шестерней 4. Со стороны маховика 3 осуществляется привод шестерни 5 топливного насоса через блок шестерен 6, установленный на консольно закрепленной на торце блок-картера оси 7. Со стороны, противоположной маховику 3, на торце картера консольно закреплена ось 8 с паразитной шестерней 9 привода навесных агрегатов.

Система смазки состоит из емкости масла (поддона) 10. В поддоне 10 установлен масляный насос 11, приводимый от коленчатого вала 2 (не показано). Масляный насос 11 подсоединен к нагнетательной магистрали 12, разделенной на две параллельные ветви 13 и 14. Часть ветви 13 - это канал 15, выполненный на боковой стенке блок-картера 1. Канал 15 соединен с охладителем масла 16. Ветвь 14 соединена с охладителем масла 17. Охладители масла 16 и 17 установлены на боковых стенках блок-картера 1 напротив друг друга. Охладители масла 16 и 17 имеют предохранительные клапаны 18 и 19 соответственно. Охладитель масла 16 соединен с масляным фильтром 20, а охладитель масла 17 соединен с масляным фильтром 21. Фильтры масла 20 и 21 полнопоточные со сменными одинаковыми фильтроэлементами 22 и 22а установлены отдельно друг от друга на торце блок-картера 1. На входе в масляные фильтры 20 и 21 установлены обратные клапаны 23 и 24, имеющие одинаковую конструкцию. Клапаны 23 и 24 состоят из корпуса 25 (см. фиг.2), седла 26 и запорного элемента, выполненного в виде шарика 27, подпружиненного со стороны фильтра навстречу потоку масла пружиной 28. В корпусе 25 по его оси установлен винт 29, один конец которого размещен внутри пружины 28, а другой размещен снаружи фильтра. Полость 30 за шариком 27 с размещенной в ней пружиной 28 соединена с внутренней полостью блок-картера 1 каналом 31. Фильтры 20 и 21 снабжены предохранительными клапанами 32 и 33, соединяющими полости с грязным маслом 34 и 35 с выходными каналами 36 и 37 из фильтров 20 и 21 соответственно. В корпусе фильтра 20 выполнен канал слива 38, а также установлен регулятор давления 39. Регулятор давления 39 (фиг.2) состоит из корпуса 40, внутри которого установлен ступенчатый плунжер 41, подпружиненный пружиной 42 со стороны большего диаметра. Полость 43 между большим и меньшим диаметрами плунжера 41 сообщена с каналом 36, который сообщается с каналом главной магистрали 44, выполненным в развале блок-картера 1. Цилиндрическая часть плунжера 41 меньшего диаметра перекрывает канал 45 слива масла в картер 1 двигателя. Канал 45 сообщается с полостью с неочищенным маслом 34 масляного фильтра 20. Полость 46 за плунжером 41 со стороны пружины 42 соединена с каналом 36 и полостью картера 1 сквозным осевым каналом 47, выполненным в плунжере 41. Ветвь 14 нагнетательной магистрали после охладителя масла 17 сообщается через клапан постоянного давления 48 с дополнительной масляной магистралью, состоящей из двух каналов 49 и 50, выполненных в боковых стенках блок-картера 1 и соединенных между собой приставной трубой 51, закрепленной на торце блок-картера 1 и проходящей между осью шестерни 4 коленчатого вала 2 и осью 7 блока шестерен 6. Клапан постоянного давления 48 состоит из корпуса 52 (фиг.3), внутри которого размещен двухступенчатый плунжер 53, поджимаемый со стороны меньшего диаметра пружиной 54. Со стороны большего диаметра, обращенного в сторону канала 49 дополнительной магистрали, в плунжере 53 выполнено глухое отверстие 55, сообщающееся через радиальные окна 56 с полостью 57, ограниченной внутренней поверхностью корпуса 52 и наружной поверхностью плунжера 53. Полость 57 сообщается с ветвью 14 нагнетательной магистрали после охладителя 17. Полость 58 клапана 48 со стороны большего диаметра плунжера 53 сообщается с каналом 49 дополнительной масляной магистрали. Каналы 49 и 50 сообщаются с форсунками орошения поршней 59. На выходе масла из фильтров 20 и 21 на торцах магистралей 36 и 37 установлены обратные клапаны 60 и 60а (фиг.1), состоящие из седла 61 и запорного элемента, выполненного в виде шарика 62, поджимаемого пружиной 63 внутрь фильтра (фиг.6). Каналы 36 и 37 фильтров 20 и 21 сообщаются с горизонтальными каналами 64 и 65, выполненными в торцевой стенке блок-картера и перекрещивающимися с каналом главной магистрали 44. На торце блок-картера 1 выполнена открытая цилиндрическая полость 66 (фиг.4), объединяющая каналы 44, 64 и 65 (фиг.5). Полость 66 закрыта фланцем консольно установленной оси 8 шестерни 9. Торец канала 44 с другой стороны закрыт фланцем консольно закрепленной оси 7 (фиг.4) блока шестерен 6. Через осевые сверления 67 и 68 в осях 7 и 8 обеспечивается подвод смазки к подшипникам скольжения 69 и 70 шестерен 6 и 9. К масляному фильтру 21 подсоединен предпусковой маслозакачивающий насос 71 с обратным клапаном 72. На торце канала 15 установлен редукционный клапан 73, снабженный каналом 74 слива масла в полость блок-картера 1.

Система смазки работает следующим образом.

Из поддона 10 масло масляным насосом 11 нагнетается в нагнетательную магистраль 12, а затем разделяется на два потока ветвей 13 и 14, на которых масло поступает в охладители масла 16 и 17, а затем в масляные фильтры 20 и 21. В случае засорения охладителей 16 и 17 открываются предохранительные клапаны 18 и 19, и масло, минуя охладители 16 и 17, поступает в фильтры 20 и 21. Затем масло, минуя клапаны 23 и 24, поступает в полости 34 и 35 и, проходя через фильтроэлементы 22 и 22а, подается в каналы 36 и 37. А затем через обратные клапаны 60 и 60а масло поступает в каналы 64 и 65. В полости 66 масло двух параллельных ветвей объединяется и поступает в канал главной магистрали 44, откуда оно забирается для смазки опор коленчатого вала и других трущихся частей двигателя. Если давление в канале главной магистрали 44, а следовательно, и в канале 36 оказывается выше требуемого, тогда масло, поступающее в полость 43 регулятора давления 39, преодолевая усилие пружины 42, перемещает плунжер 41 вниз. Открывается канал 45, и неочищенное масло, поступающее в фильтр, сливается через канал 38 в полость картера 1 двигателя. При падении давления в канале главной магистрали 44, а следовательно, и в полости регулятора 43 пружина поднимает плунжер вверх и перекрывает канал 45. Масло, просочившееся в полость 46, сливается в полость картера по осевому каналу 47, выполненному в плунжере 41. Таким образом регулятор давления 39 поддерживает постоянное давление в канале главной магистрали 44. На выходе из охладителя 17 установлен клапан постоянного давления 48, через который из ветви 14 масло поступает в каналы 49 и 50 и форсунки орошения поршней 59. Клапан 48 поддерживает постоянное давление в каналах 49 и 50. Это давление меньше, чем давление в канале главной магистрали 44. Благодаря этому для обеспечения требуемого протока масла через форсунку 59 ее выходной канал можно делать увеличенного диаметра. Это повышает надежность работы форсунок за счет уменьшения засорения и забивания их посторонними включениями, попадающими в масло, и продуктами его разложения.

Принцип работы клапана 48 заключается в следующем. Масло из охладителя 17 поступает в полость 57, а из нее через радиальные окна 56, по отверстию 55 в плунжер 53 и полость 58 поступает в каналы 49 и 50. Если давление масла в каналах 49 и 50 превышает требуемое значение, тогда масло, находящееся в полости 58, преодолевая усилие пружины 54, сдвигает плунжер 53 вниз. Радиальные окна 56 закрываются корпусом клапана. Поступление масла из охладителя 17 в каналы 49 и 50 прекращается или уменьшается. При падении давления в каналах 49 и 50 пружина 54 возвращает плунжер в исходное положение. Радиальные окна 56 открываются. Подача масла в каналы 49 и 50 возобновляется. Масло, просочившееся в полость со стороны меньшего диаметра с размещенной в ней пружиной 54, сливается в полость блок-картера 1. Для того чтобы обеспечить прохождение примерно одинакового количества масла через охладители 16 и 17, установка регулятора давления 39 с каналом слива 38 и подвод масла к каналам 49 и 50 дополнительной магистрали осуществляется на параллельных ветвях нагнетающей магистрали. Если требуется осуществить замену фильтроэлемента 22 фильтра 20 на работающем двигателе, нужно в клапане 23 завернуть винт 29 до упора шарика 27 в седло 26. Подача масла в фильтр 20 со стороны охладителя 16 прекращается. Поступлению масла из канала главной магистрали 44 через канал 64 препятствует обратный клапан 60. Во время обслуживания фильтра 20 двигатель снабжается маслом, проходящим только через фильтр 21. После замены или прочистки фильтроэлемента 22 винт 29 на клапане 23 отворачивается до исходного положения. Если требуется заменить фильтроэлемент 22а фильтра 21 на работающем двигателе, заворачивается винт 29 до упора на клапане 24. Подача масла в фильтр 21 со стороны охладителя 17 прекращается. Прохождению масла в фильтр из канала главной магистрали 44 по каналу 65 препятствует обратный клапан 60а.

Перед запуском двигателя включается маслозакачивающий насос 71 с приводом от электродвигателя (не показан). Насос 71 засасывает масло из поддона 10 и через запорный клапан 72 нагнетает его в полость 35 фильтра 21. Масло проходит через фильтроэлемент 22а в канал 37 и открывает клапан 60а. По каналу 65 масло поступает в канал главной магистрали 44. Прохождению масла из фильтра 21 в охладитель 17 препятствует обратный клапан 24. А прохождению масла из канала главной магистрали 44 по каналу 64 в масляный фильтр препятствует обратный клапан 60.

При работе двигателя, когда давление в главной магистрали превышает допустимое, например, при работе на загустевшем масле (при непрогретом двигателе), когда не успевает срабатывать регулятор давления 39, который установлен в конце ветви нагнетательной магистрали, срабатывает редукционный клапан 73, который снижает давление в масляной магистрали путем сброса масла по каналу 74 в полость блок-картера 1 двигателя.

Источники информации
1. Автомобильные двигатели /Под редакцией д.т.н. М.С.Ховаха. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1977 г., с.524, рис. 306.

2. Рекламный проспект. Дизельные двигатели RABA-MAN. Система смазки двигателя D2356HMN6.

Система смазки V-образного ДВС с шестеренчатым приводом навесных агрегатов, установленным на консольно закрепленных на торце картера осях с одной стороны и шестеренчатым приводом топливного насоса с другой стороны картера, содержит масляную емкость (поддон), насос, нагнетательную магистраль, разделенную на две параллельные ветви со своими охладителями масла и фильтрами. На выходе из фильтров ветви объединяются в главную магистраль. На входе и выходе фильтров установлены обратные клапаны. Клапан, установленный на входе в фильтр, имеет за запорным элементом винт, которым осуществляется перекрытие ветви масляной магистрали для обслуживания масляного фильтра на работающем двигателе. На одной из ветвей магистрали установлен регулятор давления со сливом масла в картер, а другая ветвь после охладителя масла сообщается с масляной магистралью орошения поршней, на входе в которую установлен клапан постоянного давления, поддерживающий постоянное давление, которое ниже, чем давление в главной магистрали. Торцы канала главной магистрали закрыты фланцами осей шестеренчатого привода навесных агрегатов двигателя. Масляная магистраль орошения поршней выполнена в виде двух каналов в боковых стенках картера, соединенных между собой трубой, проходящей между осями шестеренчатой передачи двигателя. Изобретение позволяет обеспечить постоянное давление в масляной системе и уменьшить влияние на него изношенности двигателя и изменения оборотов коленчатого вала, обеспечить возможность попеременного обслуживания масляных фильтров на работающем двигателе, повысить надежность работы форсунок орошения поршней за счет уменьшения вероятности их засорения и закоксовывания, обеспечить компактное размещение охладителей масла на двигателе. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система смазки V-образного двигателя внутреннего сгорания с шестеренчатым приводом навесных агрегатов, установленным на консольно закрепленных на торце картера осях с одной стороны и шестеренчатым приводом топливного насоса с другой стороны картера, содержащая масляную емкость, насос с приводом от вала двигателя, размещенный в поддоне, редукционный клапан, нагнетательную магистраль, охладитель масла, два отдельно установленных друг от друга на двигателе полнопоточных фильтра, главную магистраль, выполненную в виде канала в развале блок-картера, форсунки охлаждения поршней и предпусковой маслозакачивающий насос, отличающаяся тем, что после масляного насоса нагнетательная магистраль разделена на две параллельные ветви, каждая из которых последовательно сообщается со своим охладителем масла и масляным фильтром, на выходе из фильтров ветви нагнетательной магистрали объединены в главную магистраль. 2. Система смазки по п. 1, отличающаяся тем, что к одному из масляных фильтров подсоединен предпусковой маслозакачивающий насос, а на входе каждого фильтра установлен обратный клапан, состоящий из седла и запорного элемента, поджатого к нему со стороны фильтра пружиной. 3. Система смазки по п. 2, отличающаяся тем, что на выходе каждого фильтра установлен обратный клапан, состоящий из седла и запорного элемента, поджатого пружиной внутрь фильтра, а каждый обратный клапан, расположенный на входе в фильтр, имеет ввернутый в корпус клапана по его оси и размещенный внутри пружины винт с выходящей наружу головкой, причем длина винта позволяет осуществить поджатие запорного элемента к седлу. 4. Система смазки по п. 1, отличающаяся тем, что на входе в масляный фильтр одной из ветвей нагнетательной магистрали выполнен канал слива масла в картер, а также установлен регулятор давления масла, имеющий корпус с размещенным в нем ступенчатым плунжером, подпружиненным со стороны большего диаметра, полость между меньшим и большим диаметрами полунжера сообщается с главной магистралью, цилиндрическая часть плунжера меньшего диаметра перекрывает канал слива масла из нагнетательной магистрали в картер двигателя, полость за плунжером со стороны пружины соединена с каналом слива сквозным осевым отверстием в плунжере, а другая ветвь нагнетательной магистрали после охладителя масла сообщается с дополнительной масляной магистралью, подводящей масло к форсункам орошения поршней. 5. Система смазки по п. 4, отличающаяся тем, что одна из ветвей нагнетательной магистрали сообщается с дополнительной масляной магистралью через клапан постоянного давления, состоящий из корпуса, в котором размещен двухступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны меньшего диаметра, а со стороны большего диаметра, обращенного в сторону дополнительной магистрали, в плунжере имеется глухое отверстие, сообщающееся через радиальные окна, выполненные на плунжере на участке меньшего диаметра, с полостью, ограниченной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера и сообщающейся с ветвью нагнетательной магистрали, полость за плунжером с размещенной в ней пружиной сообщается каналом с полостью картера двигателя, а полость за плунжером со стороны большего диаметра сообщается с каналом дополнительной магистрали. 6. Система смазки по п. 4 отличающаяся тем, что участки ветвей, подводящие масло от фильтров к главной магистрали, выполнены в виде горизонтальных каналов в торцевой стенке блок-картера двигателя, перекрещивающихся с каналом главной магистрали, на торце картера выполнена полость, объединяющая эти каналы, закрываемая фланцем консольно закрепленной на торце картера оси шестерни привода навесных агрегатов, а противоположный торец канала главной магистрали закрыт фланцем консольной оси блока шестерен привода топливного насоса. 7. Система смазки по п. 4, отличающаяся тем, что дополнительная магистраль выполнена в виде двух каналов в боковых стенках блок-картера, соединенных между собой приставной трубой, закрепленной на торце блок-картера и проходящей между осью шестерни коленчатого вала и осью промежуточного блока шестерен привода топливного насоса, а редукционный клапан установлен снаружи на торце ветви нагнетательной магистрали, выполненной в виде канала на боковой стенке блок-картера со стороны привода масляного насоса.