ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Назначение и область применения.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, в которых используется шестеренный масляный насос с внутренним зацеплением шестерен, например героторный масляный насос.
Уровень техники.
Из уровня техники известен двигатель внутреннего сгорания (патент США US 5152264, опубликованный 06.10.1992 г. CONCENTRIC PUMPS LTD [GB]), который может быть взят за прототип. Двигатель по патенту US 5152264 содержит блок цилиндров, имеющий передний торец, масляный поддон, расположенный под блоком цилиндров, коленвал, опирающийся между блоком цилиндров и масляным поддоном с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной переднему торцу блока цилиндров. Двигатель содержит корпус шестерен, подсоединенный к переднему торцу блока цилиндров и имеющий масляный вход, сообщающийся с масляным поддоном, и масляный выход, сообщающийся с главной масляной магистралью двигателя, крышку, закрывающую корпус шестерен, вал, неподвижно (глухо) посаженный в крышке и проходящий через корпус шестерен параллельно оси коленвала. В корпусе шестерен выполнено цилиндрическое гнездо, эксцентричное посаженному в нем валу. Героторный масляный насос расположен между упомянутыми входом и выходом корпуса шестерен и имеет
кольцевую (наружную) шестерню с внутренними зубьями, посаженую в упомянутое цилиндрическое гнездо и находящуюся в зацеплении с роторной (внутренней) шестерней, имеющей на один зуб меньше и находящейся внутри кольцевой шестерни и посаженой на упомянутый вал,
приводную шестерню, неподвижно связанную с роторной шестерней, шестерню коленвала, зафиксированную на коленвале и находящуюся в зацеплении с приводной шестерней.
Упомянутая крышка имеет входную полость для передачи масла от входа внутреннего корпуса шестерен к масляному насосу и выходную полость для передачи масла от масляного насоса к выходу внутреннего корпуса шестерен. Ротор снабжен на периферии зубьями для зацепления с шестерней коленвала или для привода от шестерни коленвала через промежуточную шестерню.
Данная конструкция позволяет в отличие от известных конструкций, характеризующихся установкой внутренней шестерни масляного насоса непосредственно на носке коленвала, использовать маленький диаметр масляного насоса и внутренние маслопроводы в крышке, а также совместить выход насоса с масляной магистралью. В результате снижается потребляемая мощность и уменьшается шумность масляного насоса, повышается надежность и упрощается система его маслопроводов.
Наряду с такими преимуществами данной конструкции возникают трудности при использовании для привода масляного насоса промежуточной шестерни, связанные с установкой маслонасоса на двигателе, обеспечением надежности зубчатого зацепления одновременно в двух зубчатых зацеплениях «шестерня коленвала - промежуточная шестерня» и «промежуточная шестерня - приводная шестерня». Использование крышки масляного насоса ограничивает возможности упрощения масляных каналов и затрудняет адаптацию конструкции к масляным насосам разной производительности.
Раскрытие сущности изобретения.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состояла в создании двигателя внутреннего сгорания, имеющего компактный, простой и надежный шестеренный масляный насос с внутренним зацеплением с шестеренным приводом от коленвала через промежуточную шестерню.
Для решения поставленной задачи двигатель внутреннего сгорания содержит
блок цилиндров, расположенный под блоком цилиндров масляный картер, коленчатый вал, жестко связанную с коленчатым валом шестерню коленчатого вала,
промежуточную шестерню, установленную на промежуточной оси, параллельной оси коленчатого вала и находящуюся в зацеплении с шестерней коленчатого вала,
шестеренный масляный насос с внутренним зацеплением шестерен, имеющий закрепленный на торце блока цилиндров корпус шестерен, в котором установлены с возможностью свободного вращения наружная шестерня и эксцентрично ей вал, ось которого параллельна оси коленчатого вала, жестко связанные с упомянутым валом внутреннюю шестерню и шестерню привода, находящуюся в зацеплении с промежуточной шестерней,
полость всасывания и полость нагнетания, расположенную непосредственно на входе в нагнетающую масляную магистраль, проходящую в блоке цилиндров,
и маслозаборную трубу
и согласно изобретению отличается тем, что
корпус шестерен масляного насоса имеет наружную цилиндрическую поверхность, соосную наружной шестерне нагнетания,
торец блока цилиндров имеет расточку, в которой с упором в ее днище установлен корпус шестерен масляного насоса упомянутой наружной цилиндрической поверхностью,
полость всасывания и полость нагнетания выполнены в днище упомянутой расточки,
в корпусе шестерен имеется отверстие, в котором установлена промежуточная ось, имеющая соосный свободный цилиндрический хвостовик, а на упомянутом торце блока цилиндров выполнена дополнительная расточка, в которой промежуточная ось установлена свободным цилиндрическим хвостовиком.
При этом достигаемый технический результат заключается в следующем.
Использование промежуточной шестерни, установленной на промежуточной оси, параллельной оси вращения коленвала и находящейся в зацеплении с шестерней коленчатого вала и шестерней привода, и установка корпуса шестерен масляного насоса в цилиндрической расточке с торца блока позволяет максимально уменьшить габариты масляного насоса и при этом обеспечить максимальный ресурс и оптимальную нагрузку, а также облегчить адаптацию конструкции к масляным насосам разной производительности.
Выполнение полости всасывания и полости нагнетания в днище упомянутой расточки позволяет упростить систему масляных каналов и полостей для всасывания, нагнетания и отвода масла, уменьшить количество соединений и крепежа.
За счет того, что корпус шестерен масляного насоса имеет наружную установочную цилиндрическую поверхность, соосную наружной шестерне нагнетания, а также расточное отверстие и установленную в нем промежуточную ось, имеющую соосный с ней свободный цилиндрический хвостовик, а на торце блока цилиндров выполнена дополнительная расточка, в которой ось промежуточной шестерни установлена свободным цилиндрическим хвостовиком, обеспечивается повышение точности установки масляного насоса на блоке, что повышает его надежность, ресурс и уменьшает шумность. Также это позволяет решить проблему точности зацепления промежуточной шестерни с шестерней привода в процессе изготовления корпуса масляного насоса, что упрощает обработку блока цилиндров под установку масляного насоса.
Геометрические оси шестерни привода, наружной шестерни и промежуточной оси расположены в одной плоскости. Такое расположение осей шестерни привода, наружной шестерни и промежуточной шестерни позволяет повысить точность зацепления внутренней() и наружной() шестерен масляного насоса при его изготовлении, поскольку для получения расточки под ось внутренней шестерни и центрирующего пояска под наружную шестерню при обработке корпуса масляного насоса в этом случае используется только одна координата.
Диаметр свободного цилиндрического хвостовика выполнен равным диаметру промежуточной оси, что упрощает ее изготовление.
Для регулирования давления в полости нагнетания масляного насоса двигателя предусмотрен редукционный клапан, имеющий корпус с полостью, в которой установлены плунжер и воздействующая на плунжер пружина. Двигатель содержит выполненные в блоке цилиндров канал подвода масла к полости всасывания и канал отвода масла из полости нагнетания к редукционному клапану, выходящие на нижней привалочной поверхности блока цилиндров, канал сброса масла из полости редукционного клапана во внутрикартерную часть двигателя (в масляный картер), и соединительный патрубок, сообщающий маслозаборную трубу с каналом подвода масла к полости всасывания, причем, упомянутый соединительный патрубок и корпус редукционного клапана выполнены с образованием общего фланца, при помощи которого они установлены на нижней привалочной поверхности блока цилиндров. Этим, при использовании редукционного клапана, достигается возможность уменьшить количество используемых деталей в двигателе, крепежных соединений и габаритов, а также повысить жесткость крепления клапана и соединительного патрубка к блоку.
Масляный насос расположен со стороны установки маховика. Установка масляного насоса со стороны маховика и обеспечение его привода соответственно от заднего носка коленвала дополнительно способствует снижению вибраций и, как следствие, повышает надежность насоса.
Также конструкция может предусматривать дополнительный канал, сообщающий полость редукционного клапана с соединительным патрубком, что может способствовать более стабильной работе клапана.
Далее для более наглядного раскрытия сущности изобретения приводится конкретный вариант его осуществления с использованием следующих чертежей.
На фиг.1 показан вид с заднего торца блока (со стороны установки маховика) двигателя на привод масляного насоса согласно изобретению.
На фиг.2 показан вид на торец блока цилиндров со стороны установки масляного насоса.
На фиг.3 показан в 3D вид на блок цилиндров со стороны установки масляного насоса.
На фиг.4 показан в 3D вид на блок цилиндров со стороны установки масляного насоса и нагнетающей масляной магистрали.
На фиг.5 показана в 3D установка масляного насоса на заднем торце блока цилиндров в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.6 показан в 3D вид на корпус шестерен масляного насоса.
На фиг.7 показан в 3D вид на корпус шестерен масляного насоса с установленной промежуточной шестерней и шестерней привода.
На фиг.8 показан в 3D вид на корпуса шестерен с промежуточной шестерней и шестерней привода со стороны его установочной цилиндрической поверхности.
На фиг.9 и 10 показаны в 3D виды корпуса редукционного клапана и соединительного патрубка, объединенных в одну литую деталь.
На фиг.11 показан разрез детали на фиг.9 по плоскости, перпендикулярной оси коленвала и лежащей на оси гнезда редукционного клапана.
На фиг.12 показан разрез как на фиг.11 с установленным в полости клапана пружиной и плунжером.
На фиг.13 показана в 3D установка на блоке редукционного клапана и соединительного патрубка с общим установочным фланцем.
На фиг.14 показан разрез по плоскости, перпендикулярной оси коленвала и лежащей на оси канала отвода масла из полости нагнетания к редукционному клапану.
Для удобства отслеживания позиций элементов конструкции на фигурах, номера позиций, первый раз упомянутые по ходу текста, взяты в скобки.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания (1) содержит блок цилиндров (2), коленчатый вал (3), ось вращения которого перпендикулярна торцам блока 2 и на заднем носке которого (т.е. со стороны установки маховика) жестко установлена шестерня коленчатого вала (4). Направление вращения коленчатого вала на фиг.1 показано стрелкой. Снизу блока цилиндров 2 прикреплен масляный картер (5). В блоке 2 выполнена нагнетающая масляная магистраль (6), расположенная вдоль блока.
На заднем торце блока 2 со стороны масляной магистрали 6 имеется масляный насос (7). Насос 7 выполнен шестеренчатого типа с внутренним зацеплением шестерен (героторный насос) и содержит корпус шестерен (8), внутри которого находятся рабочие органы, которые представляют собой находящиеся в зацеплении роторную внутреннюю шестерню (9), имеющую четыре внешних зуба (10), и роторную наружную шестерню (11), имеющую пять (т.е. на один зуб больше) внутренних зубьев (12).
В корпусе шестерен 8 установлен проходящий через него с возможностью свободного вращения вал (13), ось вращения которого параллельно оси вращения коленчатого вала 3. Вал 13 установлен с определенным эксцентриситетом относительно оси наружной шестерни 11. С валом 13 жестко связаны внутренняя шестерня 9, находящаяся внутри корпуса 8, и шестерня привода (14), находящаяся снаружи корпуса 8 в зацеплении с промежуточной шестерней (15). Таким образом, геометрические оси шестерен нагнетания 9 и 11 параллельны друг другу и эксцентричны.
Корпус шестерен масляного насоса 8 имеет сквозное расточное отверстие (16), в котором неподвижно (жестко) установлена промежуточная ось (17), на которую свободно посажена промежуточная шестерня 15. Ось 17 имеет соосный ей свободный цилиндрический хвостовик (18).
Снаружи на корпусе шестерен 8 выполнена наружная цилиндрическая установочная поверхность (19), соосная наружной шестерне 11. Наружная шестерня 11 установлена с возможностью свободного вращения в цилиндрическом гнезде, выполненном внутри корпуса шестерен 8.
Корпус масляного насоса имеет крышку (20) в виде плоской круглой пластины, в которой выполнены в форме серповидных просечек окно (21) - для входа (всасывания) масла в рабочую камеру масляного насоса и окно (22) - для выхода (нагнетания) масла из рабочей камеры масляного насоса.
Задний (т.е со стороны маховика) торец блока цилиндров 2 имеет две расточки (23) и (24).
В днище расточки 23 блока цилиндров выполнены полость всасывания (25) - подвода масла к насосу и полость нагнетания (26) - отвода масла от насоса, изолированные между собой поясом (27) и повторяющие форму (т.е. ответные по форме) соответственно серповидным окнам 21 и 22.
Корпус шестерен масляного насоса 8 установлен с торца на блоке цилиндров 2 таким образом, что хвостовик 18 промежуточной оси 17 шестерни привода находится (посажен) в расточке 24, а установочная цилиндрическая поверхность 19 корпуса шестерен 8 свободно находится в расточке 23, причем корпус шестерен 8 упирается крышкой 20 в днище расточки 21. При этом серповидные окна 21 и 22 совмещены соответственно с полостями всасывания 25 и нагнетания 26, а полость нагнетания 26 расположена непосредственно на входе в нагнетающую масляную магистраль 6.
Установка корпуса шестерен масляного насоса 8 на блок цилиндров осуществляется установочной цилиндрической поверхностью 19 в расточку 23 блока. При этом корпус 8 может свободно вращаться в расточке 23. Затем угол расположения корпуса 8 фиксируется центрированием хвостовика 18 в расточке 24.
Т.о. при установке корпуса шестерен масляного насоса 8 на блок 2 пластина 20 обеспечивает уплотнение, а хвостовик 18 оси промежуточной шестерни 17 выполняет функцию центрирующего штифта.
Крепление корпуса шестерен 8 на блоке цилиндров 2 осуществляется тремя болтами.
В блоке цилиндров имеется канал всасывания (28), предназначенный для подвода масла к полости всасывания 25, один конец которого выходит на нижней установочной поверхности (29) блока в виде отверстия (30) для входа масла, поступающего на всасывание из масляного поддона 5, а другой конец выходит (открывается) в полость всасывания 25 масляного насоса. Канал 28 получают путем сверления в блоке цилиндров 2.
В блоке цилиндров также имеется канал (31) для отвода избыточного (лишнего) масла из нагнетающей масляной магистрали 6 к редукционному клапану (32). Канал 31, идущий от нагнетающей масляной магистрали 6, сообщенной в свою очередь с полостью всасывания 25, выходит на нижнюю установочную поверхность 29 блока цилиндров в виде отверстия (33) для выхода отводимого (лишнего) масла.
При этом отверстия 30 и 33 расположены на нижнюю установочную поверхность 29 блока вблизи друг от друга (насколько возможно конструктивно близко), за счет чего обеспечивается минимизация габаритов корпуса редукционного клапана.
Масло из масляного поддона 5 подводится к полости всасывания 25 масляного насоса по маслопроводу, который образован последовательно соединенными маслозаборной трубой (34), соединительным патрубком (35) и каналом 28 подвода масла к полости всасывания, расположенным в блоке 2.
Двигатель содержит редукционный (перепускной) клапан 32, предназначенный для поддержания заданного давления в полости нагнетания 26 масляного насоса и установленный на нижней привалочной поверхности 29 блока цилиндров 2. Клапан 32 содержит корпус (36) с расточенным в нем цилиндрическим гнездом (37), заглушенным со стороны большего диаметра (т.е. нижнего торца) пробкой (38).
В гнезде 37 установлен плунжер (39) с образованием канала (40) для подвода управляющего масла к плунжеру. Цилиндрическая пружина сжатия (41) установлена в гнезде 37 с упором одним концом в дно пробки 38, а другим воздействующая на плунжер 39. В нормально закрытом положении редукционного клапана плунжер 39 под действием пружины 41 упирается своей кольцевой рабочей поверхностью (42) в ответную ей кольцевую рабочую поверхность (43) гнезда 37.
Для соединения маслозаборной трубы 34 с расположенным в блоке цилиндров всасывающим каналом 28 используется соединительный патрубок 35.
Корпус редукционного клапана 36 и соединительный патрубок 35 конструктивно выполнены в виде одной литой детали (44). Деталь 44 имеет установочный фланец (45), выполненный общим для корпуса редукционного клапана 36 и соединительного патрубка 35, при помощи которого они закреплены на нижней привалочной поверхности 29 блока 2. Фланец 45 имеет привалочную (установочную) поверхность (46), перпендикулярную оси гнезда 37, на которую выходит канал 40 редукционного клапана 32 в виде отверстия (47), предназначенного для входа в полость редукционного клапана 37 лишнего масла, отводимого из полости нагнетания 26 масляного насоса.
Маслозаборная труба 34 и соединительный патрубок 35 имеют соответственно фланцы (48) и (49), посредством которых они соединены между собой.
Внутренний канал (50) соединительного патрубка 35 с одного конца выходит на привалочной поверхности (51) фланца (49), а с другого конца - на привалочной поверхности 46 фланца 45 с образованием выходного отверстия для масла (52).
В корпусе редукционного клапана 36 имеется канал (53) для слива лишнего масла из полости редукционного клапана 35 во внутрикартерную часть двигателя - в поддон 5, а также канал (54), сообщающий полость 37 редукционного клапана с соединительным патрубком 35. По каналу 54 масло из полости 37 редукционного клапана отводится на' всасывание масляного насоса.
Фланец 45 имеет три крепежные бобышки (55) с выполненными в них сквозными отвертиями (56) под крепежные болты, расположенными по периферии привалочной поверхности 46.
При установке детали 44 на нижнюю установочную поверхность блока 29 происходит совмещение отверстий 47 и 52, расположенных на установочной поверхности 46 фланца 45, с соответствующими отверстиями 33 и 30, расположенными на нижней установочной поверхности блока 29.
В качестве материала для детали 44 предпочтительно использовать сплав на основе алюминия. Она может быть изготовлена путем литья в кокиль с последующей механообработкой полученной отливки. При этом канал 50 в детали 44 формируется в процессе литья и последующей механообработки не требует.
Таким образом, монолитная деталь 44 служит одновременно в качестве корпуса редукционного клапана и в качестве патрубка, соединящего маслозаборную трубу 34 с блоком цилиндров 2. Этим достигается уменьшение количества используемых деталей в двигателе, крепежных соединений, габаритов, а также повышается жесткость крепления редукционного клапана и соединительного патрубка к блоку..
Привалочные поверхности 46 и 51 соответственно фланцев 45 и 49 выполнены взаимно перпендикуляными. Ось цилиндрического гнезда редукционного клапана 37 расположена перпендикулярно установочной поверхности 46 фланца 45. Ось канала сброса масла 53 из полости редукционного клапана перпендикулярна оси гнеда 37. Эти конструктивные особенности предпочтительны как с точки зрения технологии изготовления детали 44, так и упрощения конструкции.
Привод масляного насоса 7 осуществляется от шестерни коленчатого вала 4 через промежуточную шестерню 15.
Геометрические оси промежуточной шестерни 15, наружной шестерни 11 и шестерни привода 14 расположены в одной плоскости.
При работе двигателя масляный насос 7 приводится от шестерни коленчатого вала 4 через промежуточную шестерню 15 и шестерню привода 14. При этом неохлажденное неочищенное масло из масляного картера 5 засасывается через маслозаборную трубу 34 и далее по соединительному патрубку 35, каналу 28 в блоке поступает в полость всасывания 25 масляного насоса. Из полости всасывания 25 масло при помощи масляного насоса перекачивается в полость нагнетания 26, из которой непосредственно поступает в выполненную в блоке цилиндров и расположенную вдоль него нагнетающую масляную магистраль 6, откуда далее следует по системе смазки двигателя.
Редукционный клапан 32 предназначен для поддержания (регулирования) заданного давления в полости нагнетания 26 масляного насоса и тем самым предохранения масляного насоса от поломок, прежде всего, во время холодного пуска двигателя. Редукционный клапан управляется давлением масла, создаваемым в полости нагнетания 26. Клапан отрегулирован на необходимое значение давления масла в полости нагнетания масляного насоса, при превышении значения которого плунжер 39, преодолевая усилие сжатия пружины 41, смещается (опускается относительно нижней установочной поверхности 29 блока), сжимая пружину 41. В результате происходит сообщение (соединение) полости редукционного клапана 35 с каналом сброса 53, через который лишнее масло сливается в масляный картер 5.