Система смазки двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК F01M1/02 F01M1/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области машиностроения по производству автомобильных и специализированных транспортных средств, а также к эксплуатации такой сложной наукоемкой техники, как автомобили, транспортные, транспортно-технологические машины и комплексы (ТТМиК), в том числе сельскохозяйственные, строительные, дорожные, погрузочно-разгрузочные машины, специальные машины и бронетехника. Важным условием является сокращение расходов на обслуживание, ремонт и эксплуатацию, достигаемое за счет повышения надежности автомобилей и ТТМиК. Но несмотря на это в эксплуатации ТТМиК по их назначению можно найти отклонения и несоответствия размеров деталей и узлов, их изнашивание, изменение формы и положения деталей в соединениях, в системах и механизмах двигателя, в том числе, изменение зазоров, натягов и посадок.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение направлено на увеличение назначенного ресурса двигателя, предотвращения аварийных отказов средствами конструктивно-технологических улучшений на основе исследований в стадии доводки изделия на производстве. Производители исследуют и совершенствуют конструкцию ДВС и его систем, повышают качество производства, обеспечивают надежность и ресурс двигателей и их механизмов и систем на протяжении всего жизненного цикла.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Назначение масляной системы ДВС состоит в обеспечении смазки, охлаждении элементов ДВС и в предотвращении аварийного изнашивания деталей, которое происходит при граничном или сухом трении трущихся пар.

На фиг. 1 представлена система смазки дизельного двигателя КАМАЗ [1]. Система смазки комбинированная, с «мокрым» картером и включает в себя: масляный насос 3, картер масляный 1, фильтр очистки масла (состоящий из полнопоточного 4 и частичнопоточного 9 фильтроэлементов), водомасляный теплообменник 7, масляные каналы в блоке и головках цилиндров, передней крышке и картере маховика, наружные маслопроводы, маслозаливную горловину, клапаны 2, 5, 6, 10 для обеспечения нормальной работы масляной системы и контрольные приборы 8.

Из картера через маслоприемник масло поступает в нагнетающую секцию масляного насоса; далее оно подается в фильтр очистки масла, где очищается двумя фильтрующими элементами, затем поступает в главную магистраль, откуда по каналам в блоке и головках цилиндров направляется к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, втулкам коромысел и верхним наконечникам штанг толкателей и другим потребителям.

Аварийные отказы возникают, когда масляный насос, приводимый в движение самим ДВС не в состоянии подать масло к узлам трения в нужном объёме и давлении без запаздывания.

Ситуация усугубляется, когда ДВС уже начал работать, а необходимо заполнить полупустую, а иногда и вовсе пустую систему подачи смазки когда масло густое и холодное, «сопротивляется» заполнению системы смазки. Пары трения в этот момент работают на запасах масла, оставшихся в их зазорах, испытывая граничное трение. Предотказное состояние возникает в процессе эксплуатации из-за изнашивания ДВС. Вследствие снижения давления в системе смазки, наиболее удаленные от масляного насоса шатунные подшипники испытывают масляное голодание из-за разрыва потока в подводящих каналах.

Исходя из анализа потерь давления масла до шатунных подшипников для обеспечения постоянства потока масла к шатунным подшипникам и его неразрывности, необходимо сохранение избыточного давления масла в системе смазки не ниже 0,25 МПа, например, путем увеличения производительности масляного насоса или подбором вязкости масла [2].

Описываемое в предлагаемом изобретении система позволяет создавать необходимое давление в системе смазки ДВС перед его запуском и поддерживать необходимое давление в системе смазки при износе ДВС.

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

В качестве аналога можно привести систему смазки ДВС, оборудованную насосом прокачки масла газомотокомпрессоров [3] обеспечивающем предпусковую прокачку масла перед их пуском.

Известны установки дополнительных масляных насосов, например: шестеренчатого масляного насоса, имеющего постоянный привод от шестерни редуктора пускового двигателя на ДВС СДМ-60 и СДМ-62 [4] или центробежного насоса прокачки масла, приводимого в действие от электрического двигателя постоянного тока на ДВС ЯМЗ-240Н [5, 6].

Также в качестве аналога системы смазки ДВС можно привести устройство [7] подачи масла в турбокомпрессор с постоянным давлением, подогревом и очисткой, состоящее из дополнительного маслоподкачивающего насоса с электроприводом, предохранительного клапана, нагревательного элемента, фильтра очистки масла, блока управления устройством, реле включения нагревательного элемента, реле времени работы устройства, реле температуры масла, датчика температуры масла, соединительного провода замка зажигания. Устройство позволяет обеспечивать надежную смазку и охлаждение турбокомпрессора, создание необходимого давления, снижение теплонапряженности деталей независимо от режима работы и технического состояния двигателя, температурных условий окружающей среды [7].

Недостатками конструкции прототипа является использование насосов прокачки масла (маслозакачивающих насосов) только в период пуска газомотокомпрессоров или ДВС автомобилей и тракторов.

В качестве прототипа системы смазки ДВС можно рассматривать устройство для предпусковой смазки двигателя внутреннего сгорания содержащее связанный с масляной магистралью двигателя маслозакачивающий насос с электроприводом, подключенным к бортовому аккумулятору через блок управления, реле включения устройства, реле времени работы насоса и реле давления масла [8].

Недостатками конструкции прототипа является использование насоса прокачки масла (маслозакачивающих насосов) только для смазки турбокомпрессора ДВС.

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение безаварийной работы при изнашивании ДВС путем поддержания заданного техническими условиями уровня давления на номинальном режиме.

Технический результат достигается системой смазки двигателя внутреннего сгорания, включающей картер масляный, основной масляный насос, фильтр очистки масла, главную масляную магистраль, компенсационный масляный насос (КМН) с электрическим приводом, датчик динамического давления, установленный в главной масляной магистрали. Компенсационный насос соединен системой смазки через технологическое отверстие в масляном картере и масляным каналом перед фильтром очистки масла. КМН и датчик динамического давления соединены с микроконтроллером, выполненным с возможностью включения КМН при снижении давления в главной масляной магистрали ниже 0,25 МПа на номинальном режиме при частоте вращения 2600 мин^-1.

Предлагаемая система смазки двигателя внутреннего сгорания представлена на фиг.2., включает основной масляный насос 3, картер масляный 1, фильтр очистки масла (состоящий из полнопоточного 4 и частичнопоточного 9 фильтроэлементов), водомасляный теплообменник 7, масляные каналы в блоке и головках цилиндров, передней крышке и картере маховика, наружные маслопроводы, маслозаливную горловину, клапаны 2, 5, 6, 10 для обеспечения нормальной работы масляной системы и приборы контроля 8, а также компенсационный масляный насос с электрическим приводом 11, датчик динамического давления 12 и микроконтроллер 13. КМН располагается снаружи ДВС, соединяется со смазочной системой двигателя трубопроводами и проводами.

Забор масла производится через технологическое отверстие в поддоне двигателя, а подача - в канал перед масляным фильтром.

Управление КМН осуществляет микроконтроллер, получающий сигналы от датчика динамического давления, вмонтированного в главную масляную магистраль 14 ДВС и датчика оборотов коленчатого вала 15, установленного на зубчатом колесе маховика 16.

Включение КМН производится микроконтроллером по заранее заложенному в нем алгоритму. До запуска двигателя при повороте ключа зажигания в положение «включены цепи контрольно-измерительных приборов» КМН работает 1,5 мин для заполнения масляных каналов двигателя в самых удаленных точках (например, подшипники турбокомпрессора). После запуска двигателя КМН совместно с основным масляным насосом создает давление в соответствии с заданной характеристикой «давление - частота вращения коленчатого вала» контролем по одной точке на номинальной частоте вращения 2600 мин^-1 давление P≤0,25МПа. При работе двигателя КМН включается, когда давление в системе ниже заданного значения для указанной частоты вращения коленчатого вала. Таким образом, при включении КМН за счёт возрастающей подачи масла возрастает давление в смазочной системе двигателя. КМН отключается при повороте ключа зажигания в положение «цепи приборов и стартера отключены». Данный алгоритм работы повторяется при каждом запуске ДВС.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами и схемами:

Фиг.1 - Cистема смазки дизельного двигателя КАМАЗ

Фиг.2 - Предлагаемая система смазки двигателя внутреннего сгорания

ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖЕ

Таблица 1 Позиция Обозначение 1 картер масляный 2 клапан системы смазки 3 насос масляный 4 полнопоточный фильтроэлемент 5 термоклапан 6 перепускной клапан 7 теплообменник масляный 8 приборы контроля 9 частичнопоточный фильтроэлемент 10 клапан предохранительный 11 компенсационный масляный насос 12 датчик динамического давления 13 микроконтроллер 14 главная масляная магистраль 15 датчик оборотов коленчатого вала 16 маховик

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Руководства по эксплуатации. Двигатели КамАЗ: 740.19-200, 740.58-300, 740.14-300, 740.19-3902002РЭ. - Набережные Челны: ОАО «КамАЗ», 2006. 107с. (25 стр.)

2. Джерихов, В.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб. пособие. Ч. II., Масла и смазки / В. Б. Джерихов; СПб.: Санкт-Петербургский гос. архит.-строит. ун-т, 2009. - 256 с. (55 стр.)

3. Суринович В.К., Борщенко Л.И. Машинист технологических компрессоров, Учебник для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. - М.: Недра, 1986, 280с. (аналог)

4. Мельников Д. И. Тракторы, Учеб. и учеб. пособия для учащихся техникумов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - 366,[1] с (прототип).

5. Тракторы и автомобили. Под редакцией В.А. Скотникова. - Т65. - М.: Агропромиздат, 1985. - 440 с.: ил. 6. Михеев Н.З., Домников И.Ф. Тракторы. Учебники и учебные пособия для сельскохозяйственных техникумов Москва: Колос, 1975. - 335 с.

7. Патент 130644 Российская Федерация, МПК F04D29/063. Устройство подачи масла в турбокомпрессор с постоянным давлением, подогревом и очисткой. Якубович И.А., Якубович А.Н., Кулаков А.Т., Финоченко А.Г., Малаховецкий А.А. - 2012152809/06, заявл. 07.12.2012; опубл. 27.07.2013, бюл. № 21.

8. Патент 88737U1 Российская Федерация, МПК F01M 1/02. Устройство для предпусковой смазки двигателя внутреннего сгорания. Денисов А.С., Альмеев Р.И. - 2009123054/22, заявл. 16.06.2009; опубл. 20.11.2009.

Изобретение относится к двигателестроению. Система смазки двигателя внутреннего сгорания включает картер 1 масляный, основной масляный насос 3, фильтр очистки масла 4, главную масляную магистраль 14. Компенсационный масляный насос 11 (КМН) с электрическим приводом соединен с системой смазки через технологическое отверстие в масляном картере 1 и масляным каналом перед фильтром 4 очистки масла. Датчик 12 динамического давления установлен в главной масляной магистрали 14. КМН 11 и датчик 12 динамического давления соединены с микроконтроллером 13, выполненным с возможностью включения КМН 11 при снижении давления в главной масляной магистрали 14 ниже 0,25 МПа на номинальном режиме при частоте вращения 2600 мин^-1. Технический результат заключается в предотвращении аварийных отказов при изнашивании ДВС в процессе эксплуатации. 2 ил., 1 табл.

Система смазки двигателя внутреннего сгорания, включающая картер масляный, основной масляный насос, фильтр очистки масла, главную масляную магистраль, отличающаяся тем, что включает компенсационный масляный насос (КМН) с электрическим приводом, соединенный с системой смазки через технологическое отверстие в масляном картере и масляным каналом перед фильтром очистки масла, датчик динамического давления, установленный в главной масляной магистрали, при этом КМН и датчик динамического давления соединены с микроконтроллером, выполненным с возможностью включения КМН при снижении давления в главной масляной магистрали ниже 0,25 МПа на номинальном режиме при частоте вращения 2600 мин^-1.