СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01M1/08 

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

Известна система смазки двигателя внутреннего сгорания [1], содержащая масляную емкость, насос с приводом от вала двигателя, масляный фильтр, нагнетательную и главную масляную магистраль. В этой системе масло из масляной емкости засасывается насосом, приводящимся от коленчатого вала, проходит через масляный фильтр, затем поступает в главную масляную магистраль, а из нее - к основным трущимся деталям двигателя. Эта система нашла большое распространение в двигателестроении. Однако в высокофорсированных двигателях, когда требуется повышенный теплосъем от поршня, эта система не может обеспечить требуемое охлаждение поршней.

В высокофорсированных двигателях имеет распространение система смазки [2], содержащая масляную емкость, насос с приводом от вала двигателя, масляный фильтр, нагнетательную и главную масляную магистраль и форсунки орошения поршней, установленные непосредственно на главной масляной магистрали. Такую систему имеет, например, двигатель СМД-18Н и его модификации. Эта масляная система имеет ряд существенных недостатков. Давление масла, поступающего в форсунки орошения поршней, такое же, как и в главной магистрали, которое подбирается из расчета создания гарантированного масляного клина в опорах коленчатого вала. Это давление в различных конструкциях двигателей колеблется от 5 до 12 кг/см². Поэтому для обеспечения требуемого расхода масла диаметр выходного отверстия форсунки для масла, подаваемого на поршень, делают небольшим. А для формирования струи масла, достигающей поршень в его верхней мертвой точке, достаточно давления 2-2,5 кг/см². Несмотря на то, что масло, подаваемое в форсунку, проходит через масляный фильтр, часто выходные каналы форсунок забиваются, закоксовываются и масло перестает омывать днище поршня. Поршень перегревается и двигатель выходит из строя. Повышенный проток масла через масляный фильтр приводит к уменьшению сроков необслуживаемой работы (прочистки, замены фильтрующих элементов). Увеличение сечения выходного канала форсунок приводит к повышенному расходу масла в системе, для поддержания требуемого давления в главной магистрали требуется увеличение производительности масляного насоса, а это приводит к увеличению механических потерь в двигателе.

Задача состоит в повышении надежности системы смазки, в частности в уменьшении вероятности засорения и закоксовывания форсунок орошения поршней за счет увеличения их выходных каналов без увеличения расхода масла, а также увеличении срока необслуживаемой работы фильтров за счет того, что форсунки орошения поршней работают на неочищенном масле.

Решение задачи достигается за счет того, что в системе смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащей масляную емкость, насос с приводом от вала двигателя, масляный фильтр, нагнетательную и главную масляную магистраль и форсунки орошения поршней, согласно изобретению форсунки орошения поршней установлены на дополнительной масляной магистрали. Эта магистраль соединена перед масляным фильтром с нагнетательной магистралью через клапан постоянного давления, состоящий из корпуса, внутри которого размещен двухступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны меньшего диаметра. Со стороны большего диаметра, обращенного в сторону дополнительной магистрали, внутри плунжера имеется глухое отверстие, сообщающееся через радиальные окна, выполненные на плунжере на участке меньшего диаметра, с полостью в корпусе, ограниченной корпусом и плунжером между большим и меньшим диаметрами и сообщающейся с нагнетательной масляной магистралью. Полость за плунжером с размещенной в ней пружиной сообщена каналом с полостью картера двигателя.

Новые существенные признаки предлагаемой системы смазки 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.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где показана схема системы смазки двигателя внутреннего сгорания.

Система смазки двигателя внутреннего сгорания содержит масляную емкость (поддон) 1, масляный насос 2 с приводом от коленчатого вала двигателя (не показано), нагнетательную магистраль 3, масляный фильтр 4 с предохранительным клапаном 5. Масляный фильтр 4 установлен на входе в главную масляную магистраль 6. Перед масляным фильтром 4 выполнен канал 7 для отвода масла в дополнительную масляную магистраль 8 с установленными на ней форсунками орошения поршней 9. На входе в дополнительную масляную магистраль 8 установлен клапан постоянного давления 10, состоящий из корпуса 11, внутри которого размещен двухступенчатый плунжер 12, подпружиненный со стороны меньшего диаметра d пружиной 13. Со стороны большего диаметра D, обращенного в сторону дополнительной магистрали 8, внутри плунжера 12 выполнено глухое отверстие 14, сообщающееся через радиальные окна 15 плунжера 12, выполненные на его меньшем диаметре d, с полостью 16, образованной между корпусом 11 и плунжером 12. Полость 16 сообщается с нагнетательной масляной магистралью 3 каналом 7. Полость 17 в клапане 10 за плунжером 12 с находящейся в ней пружиной 13 сообщается с полостью картера каналом 18.

Масляная система (система смазки) работает следующим образом.

Масло из масляной емкости (поддона) 1 засасывается масляным насосом 2 и подается в нагнетательную масляную магистраль 3. Из нее масло поступает в масляный фильтр 4, а из него в главную масляную магистраль 6 для смазки опор коленчатого вала и других трущихся деталей двигателя. В случае засорения фильтра масло из нагнетательной магистрали 3 поступает в главную масляную магистраль 6 через предохранительный клапан 5. Масло, поступающее к форсункам орошения поршней 9, проводится через канал 7, через клапан постоянного давления 10 и дополнительную масляную магистраль 8.

Клапан постоянного давления работает следующим образом.

Масло из канала 7 поступает в полость 16, а из нее через радиальные окна 15 плунжера 12 поступает в отверстие 14 плунжера 12, а из него - в дополнительную масляную магистраль 8. При достижении требуемого давления в дополнительной масляной магистрали 8 плунжер, преодолевая усилия пружины 13, перемещается вниз. Радиальные окна 15 полностью или частично перекрываются корпусом 11. Проток масла в дополнительную магистраль 8 уменьшается. Давление в ней падает. И пружина, преодолевая давление в дополнительной магистрали 8, приоткрывает радиальные окна 15. Количество масла, проходящее через клапан 10, увеличивается.

Таким образом осуществляется автоматическое поддержание постоянного давления в дополнительной масляной магистрали. Это давление всегда меньше, чем давление в главной масляной магистрали, что позволяет выполнять выходные каналы форсунок орошения поршней 9 большего сечения, что уменьшит вероятность их засорения и обеспечит работу форсунок 9 на неочищенном масле.

Масло, просочившееся в полость 17, с находящейся в ней пружиной 13 сливается в полость картера двигателя через канал 18.

Положение окон плунжера по отношению к ступенчатому переходу между диаметрами d и D корпуса клапана 11 зависит от оборотов масляного насоса 2 и, следовательно, от оборотов двигателя. Взаимосвязь между давлением в нагнетательной магистрали 3 (которое зависит от оборотов двигателя) и давлением в дополнительной магистрали 8 рассмотрим на конкретном примере. Например, максимальное давление, обеспечиваемое масляным насосом 2, составляет 10 кг/см², а минимальное давление в дополнительной магистрали, при котором начинают закрываться окна 15 плунжера 12, составляет 3 кг/см². Примем, что характеристика пружины 13 является достаточно пологой, т.е. усилие пружины 13, поджимающее плунжер 12, остается одинаковым при любом положении плунжера. При этом справедлива формула:

где Р₁ - давление в нагнетательной магистрали 3;
Р₂ - давление в дополнительной магистрали 8;
F_пр - усилие пружины.

Давление в дополнительной магистрали:


Отсюда видно, что давление в дополнительной магистрали 8 зависит от усилия пружины F_пр, давления P₁ в дополнительной магистрали 3 и соотношения между диаметрами d и D. При небольшой разнице между d и D давление в дополнительной магистрали в основном зависит от усилия пружины F_пр и совсем незначительно зависит от давления в дополнительной магистрали Р₁, т.е. при повышении давления P₁ незначительно увеличивается давление P₂. Допустим, что в клапане 10 пружина 13 отрегулирована на давление 3 кг/см². При давлении в дополнительной магистрали 3 кг/см² такое же давление создается в дополнительной магистрали 8. При максимальном давлении 10 кг/см² в дополнительной магистрали 3 (что соответствует максимальным оборотам двигателя) подбором соотношения между диаметрами d и D можно обеспечить давление в дополнительной магистрали 8 равным 3,5 - 4 кг/см². Незначительное увеличение давления в дополнительной магистрали 8 при максимальных оборотах двигателя незначительно увеличивает расход масла через форсунки 9, что соответствует условиям теплосъема тепла от поршней маслом. А так как увеличение расхода масла является незначительным, то на формирование струи масла в форсунках оно не влияет.

Источники информации
1. Ю. Б. Моргулис. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972, с. 186-187.

2. Дизель СМД-18Н и его модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 18Н-ООС1 ТО. Под редакцией А.М. Диденко. Харьков: Прапор, 1988, с.12, 38-39.

Изобретение позволяет повысить надежность системы смазки, в частности уменьшить вероятность засорения и закоксовывания форсунок орошения поршней за счет увеличения их выходных каналов без увеличения расхода масла, а также увеличить срок необслуживаемой работы фильтров за счет того, что форсунки орошения поршней работают на неочищенном масле. Система смазки ДВС состоит из масляной емкости, масляного насоса с приводом от коленчатого вала двигателя, нагнетательной масляной магистрали, масляного фильтра с предохранительным клапаном, установленными на входе в главную масляную магистраль. Перед масляным фильтром выполнен канал для отвода масла в дополнительную масляную магистраль, на которой установлены форсунки орошения поршней. Дополнительная масляная магистраль соединена с нагнетательной через клапан постоянного давления, состоящий из корпуса, внутри которого размещен двухступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны меньшего диаметра d пружиной. Со стороны большего диаметра D, обращенного в сторону дополнительной магистрали, имеется глухое отверстие, сообщающееся через радиальные окна, выполненные на плунжере на участке меньшего диаметра d, с полостью, ограниченной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера и сообщающейся с нагнетательной магистралью. Полость за плунжером с размещенной в ней пружиной сообщена каналом с полостью картера двигателя. 1 ил.

Система смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащая масляную емкость, насос с приводом от вала двигателя, масляный фильтр, нагнетательную и главную масляную магистрали и форсунки орошения поршней, отличающаяся тем, что форсунки орошения поршней установлены на дополнительной масляной магистрали, соединенной с нагнетательной перед масляным фильтром через клапан постоянного давления, состоящий из корпуса, внутри которого размещен двухступенчатый плунжер, подпружиненный со стороны меньшего диаметра, а 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 и сообщающейся с нагнетательной масляной магистралью, полость за плунжером с размещенной в ней пружиной сообщена каналом с полостью картера двигателя.