Система смазки поршневого двигателя с сухим картером
DRY SUMP PISTON ENGINE LUBRICATION SYSTEM

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и касается систем смазки поршневых двигателей транспортных средств, в частности авиационных поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Известна система смазки поршневого двигателя, содержащая масляный бак с маслозаборным устройством, нагнетательный насос, подключенный входом к масляному баку, а выходом - к нагнетательному маслопроводу, сообщенному со смазочными каналами деталей двигателя, маслосборники, сообщенные между собой переливными маслопроводами и размещенные в картере двигателя, и откачивающий насос, подключенный маслопроводами к маслосборникам (патент ФРГ №2344949, 1975 г.).
В известной системе смазки маслосборники и масляный бак размещены непосредственно в картере поршневого двигателя, а откачивающий насос предназначен только для перекачивания масла из одного маслосборника в другой маслосборник. Такое выполнение системы смазки предполагает использование ее на транспортных средствах при его кренах и дифферентах, но не позволяет использовать ее в поршневых двигателях летательных аппаратов, предназначенных для исполнения фигур высшего пилотажа, т.к. работа такой системы смазки при полете летательного аппарата в перевернутом положении будет нарушена и может привести к аварийной ситуации.
Наиболее близким аналогом изобретения является система смазки поршневого двигателя с сухим картером, содержащая масляный бак, имеющий маслозаборное устройство с гравитационным приводом, нагнетательный насос, подключенный входом к маслозаборному устройству масляного бака, а выходом - к нагнетательному маслопроводу, сообщенному со смазочными каналами деталей двигателя, маслосборники, сообщенные между собой переливными маслопроводами и размещенные - один под картером двигателя, а другой в его головке цилиндров, и откачивающий насос, подключенный маслопроводами к маслосборникам и масляному баку (патент США №8627809, 2014 г.).
В известной системе смазки поршневого двигателя подача смазочного масла в цилиндры двигателя осуществляется приводным насосом под давлением, а остальные пары трения таких деталей, как коленчатый вал, кулачковый распределительный вал и других, смазываются распыленным смазочным маслом, которое подается либо газовым потоком, либо разбрызгивается вращающимися деталями поршневого двигателя.
Недостатком известной системы смазки является то, что при использовании ее в форсированных поршневых двигателях летательных аппаратов, предназначенных для выполнения фигур высшего пилотажа, резко снижается надежность смазки высокооборотных пар трения при полете летательного аппарата в перевернутом состоянии, когда основная часть смазочного масла переливается в голову цилиндров.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является обеспечение надежной и стабильной работы поршневого двигателя в условиях его эксплуатации в качестве силовой установки летательного аппарата акробатического применения.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности смазки высокооборотных деталей поршневого двигателя на всех режимах его работы путем обеспечения непрерывного процесса подачи смазки под давлением при различных эволюциях транспортного средства.
Этот технический результат достигается тем, что система смазки поршневого двигателя с сухим картером содержит масляный бак, имеющий маслозаборное устройство с гравитационным приводом, нагнетательный насос, подключенный входом к маслозаборному устройству масляного бака, а выходом - к нагнетательному маслопроводу, сообщенному со смазочными каналами деталей двигателя, по меньшей мере, два маслосборника, сообщенных между собой переливными маслопроводами и размещенных -один нижний под картером двигателя, а другой верхний - в головке цилиндров, и откачивающий насос, подключенный маслопроводами к маслосборникам и масляному баку. Система смазки снабжена гравитационным переключателем, установленным в маслопроводах между маслосборниками и откачивающим насосом, масляный бак выполнен герметичным, снабжен вентиляционным клапаном, корпус которого связан с гравитационным приводом, маслозаборное устройство масляного бака выполнено в виде в виде маслопроводов с гравитационными клапанами, расположенными в противоположных концах масляного бака и жестко связанных между собой и с гравитационным приводом, гравитационный привод вентиляционного клапана и маслопроводов маслозаборного устройства выполнен в виде крестообразного кронштейна, двумя горизонтальными противоположными концами шарнирно установленного в средней части масляного бака, жестко связанного одним из вертикальных концов с маслопроводами маслозаборного устройства, а другим вертикальным концом - с корпусом вентиляционного клапана, а маслосборники снабжены маслоприемными устройствами, причем маслоприемное устройство нижнего маслосборника, снабжено гравитационными клапанами, расположенными по периферии маслосборника.
Существенность отличительных признаков системы смазки подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить достижение технического результата изобретения - повышение эффективности смазки высокооборотных деталей поршневого двигателя на всех режимах его работы путем обеспечения непрерывного процесса подачи смазки под давлением при различных эволюциях транспортного средства.
Существо изобретения на примере выполнения системы смазки в V-образном поршневом двигателе поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана общая схема системы смазки поршневого двигателя с сухим картером;
на фиг. 2 изображена общая схема V-образного поршневого двигателя с системой смазки с сухим картером;
на фиг. 3 - то же при работе двигателя в перевернутом состоянии;
на фиг. 4 - то же при работе двигателя с креном 90°;
на фиг. 5 - показано расположение гравитационных клапанов маслоприемника нижнего маслосборника.
Система смазки поршневого двигателя с сухим картером содержит масляный бак 1 (фиг. 1), имеющий маслозаборное устройство 2 с гравитационным приводом 3, нагнетательный насос 4, подключенный входом к маслозаборному устройству 2 масляного бака 1, а выходом - к нагнетательному маслопроводу 5, сообщенному со смазочными каналами 6 деталей двигателя 7.
В системе смазки поршневого двигателя 7 установлены, по меньшей мере, два маслосборника, сообщенных между собой переливными маслопроводами 8 (фиг. 2) и размещенные - один нижний маслосборник 9 под картером 10 двигателя 7, а другой - верхний маслосборник 11 в головке цилиндров 12. В двигателях с V-образным расположением цилиндров выполняется два верхних маслосборника 11.
Система смазки содержит откачивающий насос 13, подключенный маслопроводами 14 к маслосборникам 9 и 11 и масляному баку 1 и снабжена гравитационным переключателем 15, установленным в маслопроводах между маслосборниками 9 и 11 и откачивающим насосом 13. Гравитационный переключатель 15 предназначен для подключения откачивающего насоса 13 к тому маслосборнику, в который сливается по переливным маслопроводам 8 смазочное масло в зависимости от положения летательного аппарата. При перевернутом положении летательного аппарата, и соответственно, поршневого двигателя, смазочное масло сливается в маслосборник 11 (фиг. 3), при этом гравитационный переключатель 15 подключает вход откачивающего насоса 13 к верхнему маслосборнику 11, из которого смазочное масло перекачивается в масляный бак 1.
Масляный бак 1 выполнен герметичным и снабжен вентиляционным клапаном 16, расположенным во внутренней полости масляного бака 1 и корпусом связанным с гравитационным приводом, связана с атмосферой посредством 16. Масляный бак 1 имеет, по меньшей мере, один вход и два выхода. Ко входу масляного бака 1 присоединяется выход откачивающего насоса 13 для возвращения масла из двигателя 7 в масляный бак 1. Один выход масляного бака 1 соединен с нагнетательным насосом 4, другой выход сообщен с атмосферой через вентиляционный клапан 16, который имеет корпус 17, жестко связанный с гравитационным приводом 3. Маслозаборное устройство 2 масляного бака 1 выполнено в виде в виде маслопроводов 18, жестко связанных между собой и с гравитационным приводом 3, и имеющих гравитационные клапаны 19, расположенные в противоположных концах маслозаборного устройства 2.
Гравитационный привод 3 вентиляционного клапана 16 и маслопроводов 18 маслозаборного устройства 2 выполнен в виде крестообразного кронштейна 20, на вертикальном конце 22 которого жестко закреплен груз, двумя горизонтальными противоположными концами 21 шарнирно установленного в средней части масляного бака 1, жестко связанного одним из вертикальных концов 22 с маслопроводами 18 маслозаборного устройства 2, а другим вертикальным концом 23 - с корпусом 17 вентиляционного клапана 16.
Гравитационный привод 3 выполнен таким образом, что маслозаборное устройство 2 хотя бы частично всегда погружено в масло, а часть корпуса 17 вентиляционного клапана 16 всегда находится над маслом в газовой области масляного бака 1 при любых углах крена, в том числе и при перевернутом полете. При полете в положении «на боку» вентиляционный клапан 16 перекрывает погруженный в масло конец корпуса 17 для исключения перелива масла в атмосферу, а гравитационные клапаны 19 перекрывают тот трубопровод 18, который в данный момент не погружен в масло (фиг. 4).
Маслосборники 9 и 11 снабжены маслоприемными устройствами 24, причем маслоприемное устройство 24 нижнего маслосборника 9 двигателя, снабжено гравитационными клапанами 25, расположенными по периферии нижнего маслосборника 9 (фиг. 5).
Система смазки поршневого двигателя с сухим картером работает следующим образом.
При горизонтальном полете летательного аппарата нагнетательный насос 4 через маслозаборное устройство 2 отбирает смазочное масло из масляного бака 1 и подает его через нагнетательный маслопровод 5 в смазочные каналы 6, по которым оно распределяется в цилиндро-поршневую группу, подшипники коленчатого и распределительного вала и другие пары трения двигателя. Отработавшее масло, совершившее работу в парах трения цилиндро-поршневой группы и коленчатого вала, собирается в картере 10 двигателя, из которого самотеком стекает в нижний маслосборник 9, а отработавшее масло из головки цилиндров 12 по переливным маслопроводам 8 самотеком стекает в нижний маслосборник 9. Масло и картерные газы из нижнего маслосборника 9 через гравитационный переключатель 15 откачивающим насосом 13 подаются в масляный бак 1, где происходит отделение газовой фазы от смазочного масла и отведение картерных газов через вентиляционный клапан 16 в атмосферу.
В перевернутом положении летательного аппарата система смазки работает следующим образом: нагнетательный насос 4 через маслозаборное устройство 2 забирает масло из масляного бака 1 прокачивает его через радиатор и фильтры тонкой очистки и подает его к смазочным каналам 6 двигателя 7. По смазочным каналам 6 масло распределяется в цилиндро-поршневую группу, подшипники коленчатого и распределительного вала и другие пары трения двигателя. Отработавшее масло, совершившее работу в парах трения, самотеком из картера 10 стекает по переливным маслопроводам 8 в головки цилиндров 12. Масло и картерные газы из головок цилиндров 12 через гравитационный переключатель 15, клапаны которого в данный момент перекрыли маслоприемные устройства 24 в нижнем маслосборнике 9 и открыли верхние маслосборники 11 в головках цилиндров 12, подаются откачивающим насосом 13 в масляный бак 1, где происходит отделение газовой фазы от смазочного масла и отведение картерных газов в атмосферу через вентиляционный клапан 16.
В положении летательного аппарата «на боку» система смазки работает следующим образом: нагнетательный насос 4 через маслозаборное устройство 2 забирает масло из масляного бака 1 и подает его к смазочным каналам 6 двигателя 7. При таком положении летательного аппарата только один из двух маслопроводов 18 маслоприемного устройства 2 погружен в смазочное масло, второй маслопровод 18 перекрывается гравитационным клапаном 19 для предотвращения забора воздуха нагнетательным насосом 4 из газовой области масляного бака 1. Погруженный в масло конец корпуса 17 вентиляционного клапана 16 перекрывается вентиляционным клапаном 16 для недопущения перелива масла из масляного бака 1 в атмосферу. Через смазочные каналы 6 масло распределяется между парами трения. Смазочное масло, совершившее работу в парах трения и по отведению теплоты от горячих деталей, самотеком стекает по переливным маслопроводам 8 в нижнюю в данный момент времени головку цилиндров 12. Масло и картерные газы из головки цилиндров 12 через гравитационный переключатель 15, клапаны которого в данный момент перекрыли маслоприемные устройства 24 в нижнем маслосборнике 9 и открыли верхние маслосборники 11 в головках цилиндров 12, забираются откачивающим насосом 13 и подаются в масляный бак 1, где происходит отделение газовой фазы от смазочного масла и отведение картерных газов в атмосферу через вентиляционный клапан 16.
Таким образом, система смазки поршневого двигателя с сухим картером позволяет повысить эффективность смазки высокооборотных деталей поршневого двигателя на всех режимах его работы путем обеспечения непрерывного процесса подачи смазки под давлением при различных эволюциях летательного аппарата, предназначенного для выполнения фигур высшего пилотажа.