УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И В РЕДУКТОРАХ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE TO IMPROVE DURABILITY OF FRICTION UNITS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND IN REDUCTION GEARS (VERSIONS)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для обеспечения явления избирательного переноса меди из твердого раствора медного сплава на сталь и обратного переноса со стали на медный сплав при смазке узлов трения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и в редукторах.
Известно устройство смазки трущихся пар (см. Балабанов В.И., Беклемышев В.И., Махонин И.И. Трение, износ, смазка и самоорганизация в машинах, М, Изумруд, 2004, с.109-110), обеспечивающее повышение их долговечности, включающее компрессор, приемную емкость с маслофреоновой смесью, медные трубки, фильтр, дроссель, испаритель, конденсатор, которое за счет растворения маслофреоновой смесью медных трубок, находящихся на удалении от зоны трения, и последующего переноса растворенных ионов меди на сталь в зоне трения, приводящих к образованию сервовитной пленки, и обратного переноса со стали на медный сплав, сопровождающегося уменьшением коэффициента трения до жидкостного, приводит к значительному снижению износа пары трения.
Однако недостатком данного устройства является то, что вся система должна быть герметична (запаяна), в противном случае фреон испарится и тогда не будет растворения маслофреоновой смесью медных трубок, и явления избирательного переноса, как в бытовом холодильнике, не получится.
Известны также устройства, выполненные в виде редукторов карьерных (шагающих) экскаваторов, коробок скоростей и т.д. (см. Ерохин М.Н., Гаркунов Д.Н., Стрельцов В.В. и др. Трибологические основы повышения ресурса машин. / Учебное пособие, М., ФГОУ ВПО МГАУ, 2003, с.86-88), смазочные среды которых (масла ТАП-15В, И-50, МС-20 и т.д.) содержали 0,5-1-2% от массы масла легированных металлоплакирующих присадок марки МКФ-18У.
Недостатком является отсутствие приспособления для избирательного переноса ионов меди на сталь.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является «Устройство для осуществления способа обогащения масла системы смазки двигателя внутреннего сгорания легирующими элементами цветных металлов» (см. патент РФ №2390640, МПК F01M 9/02, БИ №15, от 27.05.2009), в котором в качестве деталей-доноров меди и цинка являются латунные трубки водомасляного теплообменника (ВМТ), расположенного в масляном поддоне и включенного в систему охлаждения двигателя, или медный электрод, изолированный от корпуса, размещенный в поддоне картера и включенный в электрическую цепь двигателя в качестве анода.
Недостатком данного устройства является неэффективность избирательного переноса ионов меди на сталь, так как не обеспечивается устойчивое образование ионов в том количестве, чтобы был осуществлен эффект безызносности, а также невозможность применения для избирательного переноса ионов меди на сталь в редукторах или коробках передач.
Техническим результатом является повышение эффективности явления безызносности и увеличение ресурса трущихся пар ДВС, а также зубьев шестерен, валов, подшипников редукторов, коробки передач автомобиля, в том числе снижение уровня шума и расхода масла.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, включающем систему смазки, содержащую корпус, поддон, заливное и сливное отверстия, пробки, сапун, шестеренчатый масляный насос с заборником, трубки, каналы, отверстия для подачи масла, масляный фильтр, теплообменник из латунной трубки, электрическую цепь «питания», при этом, согласно изобретению, теплообменник размещен снаружи и оснащен магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, причем оно используется в двигателях внутреннего сгорания, а также в устройстве, включающем систему смазки, содержащую корпус, поддон, заливное и сливное отверстия, пробки, сапун, шестеренчатый масляный насос с заборником, трубки, каналы, отверстия для подачи масла, масляный фильтр, теплообменник из латунной трубки, электрическую цепь питания, при этом, согласно изобретению, система смазки оснащена соединенными последовательно посредством патрубков через сливное и заливное отверстия в корпусе, масляным насосом, снабженным электроприводом, теплообменником, оснащенным магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, причем оно используется в редукторах.
Новым для двигателей внутреннего сгорания является то, что теплообменник размещен снаружи и оснащен магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, а для редукторов то, что система смазки оснащена соединенными последовательно посредством патрубков через сливное и заливное отверстия в корпусе масляным насосом, снабженным электроприводом, теплообменником, оснащенным магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания.
Новизна заключается в воздействии ультразвуковыми колебаниями, вырабатываемыми магнитостриктором, на латунный теплообменник (радиатор), в котором протекает горячее масло, что способствует растворению содержащих медь латунных трубок и выделению в масло ионов меди, находящихся на удалении от зоны трения, и последующем переносе растворенных ионов меди на сталь в зоне трения, приводящих к образованию сервовитной пленки, и обратном переносе ионов меди со стали на медный сплав, сопровождающемся уменьшением коэффициента трения до жидкостного, что приводит к значительному снижению износа пары трения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схематично система смазки ДВС; на фиг. 2 - схематично система смазки редукторов.
Устройство повышения долговечности узлов трения в ДВС включает систему смазки, содержащую корпус 1, поддон 2, сливное отверстие 3, закрытое пробкой 4, заливное отверстие с пробкой и сапун (не показаны). В систему смазки входят шестеренчатый масляный насос 5 с заборником, масляный фильтр 6, трубки 7, каналы и отверстия 8 для подачи масла трущимся узлам. Выход масляного фильтра 6 подсоединен к теплообменнику 9, который изготовлен при помощи латунной трубки или трубки другого медьсодержащего материала (бронзы и т.д.). Теплообменник 9 размещен снаружи и оснащен магнитостриктором 10, катушка индуктивности с высокой добротностью 11 которого подключена к электрической цепи двигателя, содержащей источник питания 12 с напряжением 12 или 24 В, электронный прерыватель 13 с IGBT-транзистором 14 с малыми потерями в открытом состоянии. Прибор Insulate Gate Bipolar Transistor в литературе называют IGBT-транзистор (см. Интернет, режим доступа - http://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/778-igbt-transistory.html). При этом катушка индуктивности 11 магнитостриктора 10 соединена с эмиттером транзистора 14 и с плюсовой клеммой источника питания 12.
Система смазки редуктора для повышения долговечности узлов трения кинематически связанных элементов 15 в корпусе 16 оснащена соединенными последовательно посредством патрубков 17 через сливное 18 и заливное 19 отверстия масляным насосом 20 с электроприводом (источник тока не указан), фильтром 21 и латунным теплообменником 22 (радиатором), оснащенным магнитостриктором 23, катушка индуктивности с высокой добротностью 24 которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания 25 с напряжением 12 или 24 В, электронный прерыватель 26 с IGBT-транзистором 27 с малыми потерями в открытом состоянии. При этом катушка индуктивности 24 магнитостриктора 23 соединена с эмиттером транзистора 27 и с плюсовой клеммой, а корпус 16 - с минусовой клеммой источника питания 25.
Принцип работы устройства для повышения долговечности трущихся узлов в ДВС следующий. При работающем двигателе вращается масляный насос 5, который подает масло в фильтр 6, далее масло по трубке 7 поступает в теплообменник 9. В теплообменнике 9 (радиаторе) горячее масло несколько охлаждается, но так как на теплообменник воздействуют ультразвуковыми колебаниями, вырабатываемыми магнитостриктором 10, за счет электрических импульсов от электронного прерывателя 13, через IGBT-транзистор 14 и катушку индуктивности 11, включенных в цепь питания 12, то горячее масло растворяет латунную трубку теплообменника 9 и насыщается интенсивно ионами меди. Далее это масло поступает в каналы 8 смазки и распределяется на узлы, которые работают в режиме повышенного износа. Это шейки коленчатого вала (коренные, шатунные), шейки распредвала и в турбированных двигателях пальцы поршней и турбина. После смазки шеек распредвала масло образует масляную ванночку в головке блока цилиндров. Этим маслом смазываются бобышки распредвала и толкатели клапанов, клапаны. После увеличения уровня в ванночке масло по сливным каналам опять поступает в поддон. В поддоне под действием движущихся шатунов и выдавливания масла из-под вкладышей шеек образуется масляный туман, который разбрызгивается по стенкам цилиндров. После смазывания цилиндров оно снимается со стенок маслосъемными кольцами. Избыточное давление, которое возникает в картере, снимается при помощи сапуна. Далее цикл повторяется. Перенос растворенных ионов меди на сталь в зоне трения приведет к образованию сервовитной пленки, и обратный перенос ионов со стали на медный сплав сопровождается уменьшением коэффициента трения до жидкостного, что приведет, в свою очередь, к значительному снижению износа пары трения.
Принцип работы устройства при обеспечении долговечности узлов трения в редукторах следующий. При помощи масляного насоса 20 через сливное отверстие 18 масло из корпуса 16 попадает в латунный теплообменник (радиатор) 22, затем через фильтр 21 и через заливное отверстие 19 обратно в корпус 16, т.е. осуществляется его циркуляция. За счет работы электронного прерывателя 26, IGBT-транзистора 27 и катушки индуктивности 23, включенных в цепь питания 25, магнитостриктор 23 вырабатывает ультразвуковые колебания, которые совместно с горячим маслом способствуют выходу ионов меди из материала теплообменника (радиатора) 22, и масло при этом обогащается ионами меди. Затем обогащенное ионами масло обеспечивает смазку тяжелонагруженных узлов трения элементов 15, что способствует снижению интенсивного изнашивания, повышению задиростойкости и интенсификации процессов образования защитных пленок на поверхности трущихся пар, а также блокированию развития усталостного крошения, в том числе доводят трение до жидкостного. Радиатор 22 способствует охлаждению перегреваемого масла, а пар и излишки воздуха удаляются через сапун.
Использование изобретения позволит повысить эффективность генерирования ионов меди и др. компонентов в масло, а также износостойкость узлов трения ДВС, а также тяжелонагруженных трущихся пар редукторов, например, коробки передач и снизить затраты на ремонт и обслуживание.