НАСОС ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Из патента России №2168067, МПК 7 F04D 7/00, опубликованного 27.05.2001, известен насос для регулирования теплообмена в ДВС, содержащий сборный корпус с входным патрубком, расположенный в нем вал с установленным на нем шкивом и рабочим колесом, имеющим с рабочей стороны лопатки, подшипниковый узел и узел герметизации, взаимодействующие между собой торцами с обеспечением упругого фрикционного контакта, при этом самоориентация торцев колец осуществлена за счет размещения неподвижного графитового кольца в подложке упругой манжеты, имеющей кольцеобразные рифления и герметично установленной во внутреннем отверстии корпуса посредством последних, причем манжета снабжена элементом армирования, являющимся вспомогательным элементом опорных осевой и радиальной поверхностей подложки, а наклонные грани лопаток рабочего колеса установлены с зазором относительно соответствующей оппозитно расположенной поверхности входного патрубка. На оппозитной стороне рабочего колеса выполнены лопатки, части корпуса выполнены методом кокильного литья и их внутренние поверхности оставлены необработанными за исключением мест, не имеющих контакта с жидкой рабочей средой, манжета выполнена из резиновой смеси и снабжена в зоне кольцеобразных рифлений конической площадкой, вторым ступенчатым элементом армирования, внутренними криволинейными выступами и переходной перемычкой переменного сечения, равномерно увеличивающегося от подложки до второго элемента армирования, осевая и радиальные поверхности подложки образованы облойным слоем резиновой смеси и криволинейными выступами на ней, во внутреннем пространстве манжеты размещена пружина сжатия, имеющая конический усеченный профиль и неравномерный шаг спирали и обеспечивающая гарантированный вылет графитовому кольцу с минимальным нагружением в 68,7 Н и прогиб узла герметизации на высоту в 1 мм, состав резиновой смеси является морозо- (при -47°C) и жаростойким (при 175°C) за счет наличия на поверхности резиновой смеси из СКФ-26 или ИРП 1287 противоокислительной пленки с высотой слоя от нескольких ангстрем до 300 мкм, получаемого от взаимодействия с эпиламирующими веществами, подшипниковый узел снабжен подвижными узлами, состоящими из шариков и роликов, а шкив выполнен зубчатым.
Из патента России на полезную модель №49908, МПК 7 F01P 5/10, опубликованного 10.12.2005, БИ №34, известен насос для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащий, в частности, снабженный ребрами жесткости корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, который снабжен кольцом скольжения из твердого материала, плотно контактирующим с торцом ступицы крыльчатки, при этом между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор, полость которого посредством дренажного устройства, выполненного в цилиндрической стенке корпуса насоса, сообщается с внешней средой. Дренажное устройство выполнено, по крайней мере, в донной части стенки корпуса насоса, в виде сквозного канала, ширина которого не менее величины зазора, образованного в корпусе между торцами подшипникового узла и узла герметизации, а площадь проходного сечения не менее площади круга, диаметр которого равен величине зазора между торцами подшипникового узла и узла герметизации, при этом ось проходного сечения канала перпендикулярна оси вращения вала. Канал выполнен в виде кольцевого разъема, образованного по всей длине окружности цилиндрической части корпуса насоса, при этом сочленение разомкнутых цилиндрических частей корпуса осуществляется посредством монолитно сформированных на нем ребер жесткости.
Известна конструкция насоса для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, представленную в патенте России на полезную модель №49909, МПК 7 F01P 5/10, опубликованный 10.12.2005, БИ №34, который содержит, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения и снабженной монтажной ступицей крыльчаткой. Как это видно из фиг.2 описания к патенту, в корпусе насоса, в его цилиндрической полости под запрессовку подшипникового узла выполнен сливной паз, посредством которого кольцевой зазор между торцами подшипникового узла и узла герметизации сообщается с атмосферой. Дренаж, как и в описанном выше аналоге, осуществляется из донной части стенки корпуса насоса, через сквозной канал, ширина которого не менее величины зазора, образованного в корпусе между торцами подшипникового узла и узла герметизации. Наличие сливного паза в корпусе насоса усложняет технологию его изготовления.
Известен насос для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, патент России на полезную модель №83553, МПК F04 D 29/16, опубликован 10.06.2009, БИ №16, содержащий, в частности, корпус с ребрами жесткости и присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем приводным шкивом, крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, охватывающую втулку, напрессованную на вал подшипника, при этом между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор, полость которого посредством дренажного канала, выполненного в цилиндрической полости под запрессовку подшипника, сообщается с внешней средой, отличающийся тем, что корпус насоса выполнен из алюминиевого сплава методом литья в среде инертного газа, цилиндрическая поверхность внутренней полости насоса под запрессовку подшипника в поперечном сечении по всей длине имеет вид непрерывной окружности, а минимальный диаметр сечения дренажного канала составляет 2,5…3,5 величины зазора, образованного в корпусе между торцами подшипникового узла и узла герметизации. В насосе между наружной поверхности корпуса узла герметизации и прилегающей к ней внутренней поверхностью корпуса насоса размещен слой мастики или герметика. Кроме того, в насосе крыльчатка изготовлена в виде единой цельно отштампованной из металлического листа детали. В варианте исполнения насоса, крыльчатка изготовлена составной в виде цельно отформованной детали, включающей ступицу и полимерный фланец, на котором сформированы рабочие лопасти. Кроме того, массив приводного шкива насоса имеет однородную структуру из спеченного антифрикционного материала на основе железа. Данное решение принимаем за прототип.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение конструкции насоса и технологии его изготовления, упрощение сборки насоса, снижение массы, а также обеспечение контроля качества работы узла герметизации насоса.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном насосе для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащем, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем приводным шкивом, крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, охватывающую втулку насоса, напрессованную на подшипник, при этом между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор, полость которого посредством дренажного канала, выполненного в цилиндрической полости под запрессовку подшипника, сообщается с внешней средой, характерно то, что посадка подшипника в охватывающую втулку с образованием неподвижного соединения обеспечивается за счет клея, находящегося между сопрягаемыми поверхностями подшипника и охватывающей втулки. Такое неподвижное соединение подшипника по сравнению с прототипом, использующим стопорный винт, безусловно, проще. При этом используется известный клей с соответствующими характеристиками.
В другом независимом варианте исполнения сущность полезной модели заключается в том, что в известном насосе для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащем, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем приводным шкивом, крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, охватывающую втулку насоса, напрессованную на подшипник, при этом между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор, полость которого посредством дренажного канала, выполненного в цилиндрической полости под запрессовку подшипника, сообщается с внешней средой, характерно то, что посадка подшипника в охватывающую втулку с образованием неподвижного соединения обеспечивается за счет горяче-прессовой посадки. Такое неподвижное соединение подшипника по сравнению с прототипом, использующим стопорный винт, также проще.
В обоих вышеприведенных вариантах исполнения насос также характеризуется тем, что длина цилиндрической части корпуса насоса от присоединительной поверхности фланца в направлении крыльчатки составляет 4-8 мм, а длина корпуса от присоединительной поверхности фланца до его торцевого среза в направлении крыльчатки составляет 12-16 мм. Интервал размера 4-8 мм (размер А на чертеже) обосновывается следующим образом. Минимальное значение интервала (4 мм) должно обеспечивать возможность установки прокладки между насосом и корпусом двигателя и улучшение удержания насоса при его монтаже на двигатель за счет наличия посадочного пояска, а максимальное расстояние (8 мм) является достаточным для установки насоса на двигатель без существенного увеличения веса насоса. Кроме того, удлинение размера более 8 мм, помимо увеличения веса насоса, не имеет и практического смысла, т.к. конец цилиндрической поверхности насоса в его установленном положении находится рядом с ответным концом цилиндрической поверхности блока цилиндра, создавая тем самым, за счет малого зазора между этими эквидистантными цилиндрическими поверхностями, дополнительную возможность герметизации насоса.
Интервал размера 12-16 мм (размер В на чертеже) определяется конструктивными расчетами заявляемого насоса. Так, расстояние от плоскости блока цилиндров двигателя, к которой прилегает (через прокладку) присоединительная поверхность насоса, до средней линии шестерни привода насоса определяется общей компоновочной схемой привода узлов и агрегатов двигателя (газораспределительного механизма, водяного насоса). Размерная цепочка расположения на валу насоса узлов следующая. Шестерня напрессовывается на вал насоса, на который напрессовывается подшипник, имеющий стандартный размер по диаметру и длине, далее располагается узел герметизации. Между узлом герметизации и подшипником должна быть небольшая по ширине канавка для вытекания возможных просочившихся капелек охлаждающей жидкости. Узел герметизации имеет отбортовку для его фиксации при установке в корпусе насоса вместе с валом насоса. Т.е. дно узла герметизации должно иметь зазор между ним и подшипником. Т.к. в заявляемой полезной модели используется конкретный узел герметизации, то и расстояние от дна до отбортовки узла герметизации и определяет расстояние Б, которое не может быть меньше 12 мм. Увеличение этого расстояния более 16 мм приведет к удлинению корпуса насоса и его вала, а значит к увеличению габаритов насоса и веса, что неприемлемо по компоновочным соображениям установки насоса в двигатель и конструктивным (увеличение веса). Геометрия внутренней поверхности стенки насоса между концом посадочной поверхности (размер А) и верхней кромкой торцевой поверхности корпуса насоса (размер Б) выполняется естественным образом с необходимой и достаточной толщиной стенки насоса в этом месте.
Таким образом, по сравнению с прототипом убирается «юбка» - наружная цилиндрическая часть насоса, простирающаяся у прототипа почти до крыльчатки, что конструктивно и технологически приемлемо и, кроме того, позволяет уменьшить массу насоса и снизить себестоимость его изготовления. Нахождение торцевой поверхности юбки вблизи крыльчатки в прежней технологии сборки насоса облегчало контроль зазора между ними, и в целом обеспечивало гарантированное положение крыльчатки на валу насоса при ее запрессовке, а значит, гарантировало необходимый зазор между крыльчаткой и стенкой блока цилиндров двигателя при установке насоса в двигатель. В заявляемой полезной модели (при отсутствии юбки) гарантированное положение крыльчатки на валу обеспечивается другим технологическим приемом сборки насоса. При этом масса насоса уменьшается примерно на 30 г.
В обоих вышеприведенных вариантах исполнения насос также характеризуется тем, что нижний конец дренажного канала выходит в полость для сбора охлаждающей жидкости.
Введение полости («кармана») для сбора охлаждающей жидкости позволяет осуществлять контроль качества работы узла герметизации. При малых утечках охлаждающей жидкости, которая может иметь место в незначительном ряде случаев в первую минуту работы узла герметизации установленного на двигатель насоса, жидкость попадает в полость и испаряется. При увеличении течи жидкость накапливается в полости, наполняет ее до краев, а избытки выливаются, оставляя на наружной поверхности насоса характерные подтеки. Наличие таких подтеков в заявляемой модели, в отличие от прототипа (у которого подтеки могут быть всегда независимо от количества вытекающей жидкости - как функциональные, т.е. допустимые, так и недопустимые) свидетельствует о необходимости проведения осмотра насоса и, возможно, замене узла герметизации. Объем полости («кармана») заявляемого насоса может оптимизироваться.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МПК показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость». При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного технологического оборудования и современных материалов.
Особенности и преимущества заявляемой полезной модели поясняются на чертеже с изображением сечения заявляемого насоса и детальном его описании.
Насос для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержит корпус 1 с присоединительным фланцем 2, вал насоса 3 с установленными на нем крыльчаткой 4, подшипниковым узлом 5 и узлом герметизации 6, охватывающую втулку 7 корпуса насоса, напрессованную на подшипник 8, при этом между торцами подшипникового узла 5 и узла герметизации 6 образован кольцевой зазор 9, полость которого посредством дренажного канала 10, выполненного в цилиндрической полости под запрессовку подшипника 8, сообщается с внешней средой. При этом сообщение дренажного канала 10 с внешней средой осуществляется не непосредственно, а с использованием полости 11, которая может быть выполнена в литье или, в основном варианте исполнения, выполнена сверлением дренажного канала, являющимся тупиковой частью дренажного канала, в которой в ряде возможных и допустимых случаев может первоначально появиться охлаждающая жидкость 12, остающаяся в этой полости («кармане»), объем которой выполнен достаточным, чтобы жидкость не вытекала из нее, а испарялась. Такая ситуация может иметь место лишь в процессе первоначальной приработки узла герметизации насоса. Объем такой жидкости в полости ограничивается верхней кромкой 13. Корпус 1 насоса выполнен из алюминиевого сплава методом литья. В варианте исполнения на наружную поверхность подшипника 8 или на внутреннюю поверхность охватывающей втулки 7 наносится при установке подшипника клей 14. На переднюю часть вала 3 насоса устанавливается шкив 15 для привода насоса от коленчатого вала двигателя. Шкив выполнен из порошкового материала ЖД 15-68 ТУ 37.1010065-2002.. Крыльчатка 4 изготовлена из стеклонаполненного полифенилен сульфида по стандарту ASTM D6358-99. Длина цилиндрической части корпуса насоса от присоединительной поверхности фланца 2 в направлении крыльчатки (расстояние А) составляет 4-8 мм, а длина корпуса от присоединительной поверхности фланца до его среза в направлении крыльчатки (расстояние Б) составляет 12-16 мм. При сравнении с прототипом видно, что на заявляемой полезной модели наружная часть корпуса - «юбка» практически отсутствует.
Работает насос следующим образом. Корпус 1 водяного насоса закреплен на блоке цилиндров ДВС (не показан). Крутящий момент от коленчатого вала (не показан) ДВС передается посредством зубчатого шкива 15 на вал 3 водяного насоса, имеющий подшипниковый 5 и уплотнительный 6 узлы, с жестко посаженной на нем крыльчаткой 4. При вращении крыльчатки 4 охлаждающая жидкость нагнетается из полости с низким давлением в полость с высоким давлением, обеспечивая тем самым ее циркуляцию и охлаждение работающего двигателя.
Преимущество заявляемого насоса заключается в упрощении конструкции насоса и технологии его изготовления, упрощении сборки насоса, снижении массы, а также в обеспечении контроля качества работы узла герметизации насоса.