Система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером
SYSTEM FOR LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DRY CRANKCASE

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции систем смазки двигателей с сухим картером.
Из уровня техники известна система смазки двигателя с сухим картером (патент на изобретение №2017983, кл. F01M 11/00), состоящая из масляного бака, откачивающего насоса, нагнетательного насоса и соединительных трубопроводов.
Недостатком такой системы является отсутствие масляного холодильника, вследствие чего температура масла может колебаться в довольно широких пределах. Неконтролируемое повышение температуры может привести к перегреву пар трения. Переохлаждение масла так е отрицательно сказывается на смазке трущихся пар и параметрах двигателя.
Также из уровня техники известна система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Из-д. 4. Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М., Машиностроение, 1990 г., с. 168-170, рис. 132), содержащая масляный бак, откачивающий насос, входы секций которого сообщены с маслозаборниками картера двигателя, а выходы - с теплообменником, нагнетательный масляный насос, вход которого сообщен с масляным баком, а выход - с главной магистралью двигателя, масляный теплообменник, выход которого сообщен с масляным баком. Особенностью системы является то, что откачивающий маслонасос имеет по меньшей мере 2-кратную производительность по отношению к нагнетающему. В результате этого в теплообменник подается масляно-газовая смесь нестабильного состава со средним объемным соотношением масла и газа ориентировочно 1:1.
Рассматриваемая система лишена отмеченного недостатка. Наличие в системе масляного теплообменника позволяет регулировать температуру масла, поддерживая ее на заданном уровне.
Однако рассматриваемой системе присущ ряд недостатков:
1. Низкая эффективность теплообменника, поскольку та часть внутренней поверхности теплообменника, которая в текущий момент времени соприкасается с газом, не участвует в теплообмене.
2. Существует вероятность сохранения пузырьков газа в охлажденном масле с дальнейшим попаданием этих пузырьков в нагнетающий маслонасос, что негативно отражается на смазке пар трения в ДВС.
3. Неконтролируемые поступления газа в теплообменник приводят к колебаниям температуры масла на выходе из него, а следовательно, колебаниям температуры масла в баке и на входе в двигатель. Этот недостаток системы имеет существенное значение при теплобалансных испытаниях двигателя, при которых колебания температуры масла на входе или выходе из двигателя являются недопустимыми.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в улучшении охлаждения масла и стабилизации потока масла и его температуры на входе в двигатель и, как следствие, повышении  эффективности системы смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером.
Указанный технический результат достигается за счет того, система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером, содержащая масляный бак, откачивающий насос, входы секций которого сообщены с маслозаборниками картера двигателя, нагнетательный масляный насос, вход которого сообщен с масляным баком, а выход - с главной магистралью двигателя, масляный теплообменник, выход которого сообщен с масляным баком, и дренажную трубу, соединяющую масляный бак с картером, согласно изобретению содержит дополнительный масляный насос, а масляный бак состоит их двух секций, сообщенных между собой с возможностью свободного перелива избытка масла из одной секции в другую, выход из откачивающего масляного насоса и вход в дополнительный масляный насос сообщены с первой секцией масляного бака, выход из масляного теплообменника и вход в нагнетательный масляный насос сообщены со второй секцией масляного бака, а выход из дополнительного масляного насоса сообщен с входом в теплообменник.
При этом секции масляного бака могут быть образованы посредством перегородки, частично перекрывающей поперечное сечение масляного бака, и сообщаться между собой посредством зазора между упомянутой перегородкой и верхней стенкой масляного бака.
Также секции масляного бака могут быть сообщены одна с другой посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером; на фиг. 2 и 3 изображен масляный бак, выполненный в виде отдельных емкостей, сообщенных одна с другой посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла. При этом фиг. 2 соответствует случаю, когда в правой полости В масляного бака появляется избыток масла, а на фиг. 3 - случаю, когда избыток масла появляется в полости А. Так, на фиг. 1 система смазки содержит масляный бак 1, состоящий из двух секций А и В, откачивающий масляный насос 2, содержащий по меньшей мере две секции, нагнетательный масляный насос 3, масляный теплообменник 4 и дополнительный масляный насос 5.
При этом входы 2.1 и 2.2 секций откачивающего масляного насоса 2 сообщены с маслозаборниками картера 6 двигателя внутреннего сгорания, а выходы 2.3 и 2.4 - с первой секцией А масляного бака 1. Вход 5.1 в дополнительный масляный насос 5 сообщен с первой секцией А масляного бака 1, а выход 5.2 - с масляным теплообменником 4. Выход 4.1 из масляного теплообменника 4 сообщен со второй полостью В бака 1. Со второй секцией В масляного бака 1 сообщен вход 3.1 в нагнетательный масляный насос 3. Выход 3.2 из нагнетательного масляного насоса 3 сообщен с главной масляной магистралью 7 двигателя. Кроме того, масляный бак 1 сообщен с полостью картера 6 дренажной трубой 8. На масляном баке 1 имеется заливная горловина 9. В масляном баке выполнена перегородка 10, частично перекрывающая его поперечное сечение.
Первая секция А и вторая секция В масляного бака 1 могут быть сообщены друг с другом посредством перегородки, частично перекрывающей поперечное сечение масляного бака 1, либо посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла.
Прочие элементы системы смазки: фильтры, клапаны различного назначения, манометры и пр., а также подключение трубопроводов к масляному баку 1 на фиг. 2 и 3 условно не показаны.
Система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером работает следующим образом.
Нагнетательный масляный насос 3 забирает масло из второй секции В масляного бака 1 и подает его в главную магистраль 7 двигателя внутреннего сгорания для смазки пар трения.
Масло, стекающее с пар трения, собирается в углублениях картера 6 двигателя, откуда забирается секциями откачивающего масляного насоса 2 и направляется в первую секцию А масляного бака 1. Поскольку производительность откачивающего масляного насоса 2 существенно больше производительности нагнетающего масляного насоса 3, то одновременно с полной откачкой масла из картера 6 двигателя откачивающий масляный насос 2 дополнительно забирает примерно такой же объем картерных газов, и образовавшаяся газомасляная смесь, интенсивно перемешанная в откачивающем масляном насосе 2, подается в первую секцию А масляного бака 1. В этой секции масляного бака 1 происходит основное отделение газа от масла и масло дополнительным масляным насосом 5 из нижней части первой секции А масляного бака 1 подается в масляный теплообменник 4. При этом отделившиеся картерные газы возвращаются в картер 6 по дренажной трубе 8.
Низкое содержание газа в масле обеспечивает стабильное течение масла в каналах масляного теплообменника 4, стабильный процесс теплообмена и стабильную температуру охлажденного масла, поступающего из масляного теплообменника 4 во вторую секцию В масляного бака 1.
Во второй секции В масляного бака 1 происходит повторное и окончательное отделение газов, и качественно очищенное от газов масло со стабильной температурой подается нагнетающим масляным насосом 3 через главную магистраль 7 двигателя к парам трения в двигателе.
Как правило, нагнетающий масляный насос 3 и откачивающий масляный насос 2 имеют привод от коленчатого вала двигателя, поэтому их производительность зависит от частоты вращения коленчатого вала.
Дополнительный масляный насос 5 может иметь автономный привод и его производительность в широком диапазоне режимов может быть больше или меньше, чем производительность нагнетательного масляного насоса 3.
Рассмотрим работу системы смазки в случае различных производительностей нагнетательного масляного насоса 3 и дополнительного масляного насоса 5.
На фиг. 2 и 3 под позицией 12 показан примерный исходный уровень масла в баке перед началом работы двигателя. Видно, что высота перегородки 10 (см. фиг. 1) либо нижний край патрубка 11 (см. фиг. 2 и 3) расположены примерно на исходном уровне 12 масла.
При низких частотах вращения коленчатого вала двигателя производительность нагнетательного масляного насоса 3 может оказаться меньше, чем производительность дополнительного масляного насоса 5. Таким образом, скорость откачки масла нагнетательным масляным насосом 3 из второй секции В масляного бака 1 окажется меньше, чем скорость его подачи в эту же секцию В дополнительным масляным насосом 5, и уровень масла во второй секции В начнет повышаться, а в первой секции А, наоборот, понижаться.
Поскольку первая секция А и вторая секции В масляного бака 1 сообщены между собой с возможностью свободного перелива избытка масла из одной в другую, то в первой секции А установится некоторый пониженный уровень масла 14 (см. фиг. 2), а в секции В - повышенный уровень 13. Из-за этого перепада уровней излишек масла из второй секции В будет свободно переливаться в первую секцию А.
При работе двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала производительность нагнетательного масляного насоса 3 может оказаться выше, чем производительность дополнительного масляного насоса 5, и скорость откачки масла из первой секции А масляного бака 1 (см. фиг. 3) окажется выше, чем скорость его поступления в эту секцию. Количество масла в секции А будет расти до некоторого уровня 15, а в секции В снижаться до уровня 16. Под действием образовавшегося перепада уровней излишек масла из первой секции А масляного бака 1 будет свободно и равномерно перетекать во вторую секцию В.
При работе двигателя на произвольном, но установившемся режиме, производительность откачивающего масляного насоса 2, нагнетательного масляного насоса 3 и дополнительного масляного насоса 5 будет постоянной, следовательно, перетекание масла между секциями А и В будет иметь стабильный характер и не отразится на стабильности температуры масла в баке.
Перетекание масла между секциями в случае применения масляного бака 1 с перегородкой 10 (фиг. 1) происходит аналогично, как и в случае, когда первая А и вторая секции Б масляного бака 1 сообщаются между собой посредством патрубка 11 (см. фиг. 2 и 3).