ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к системам снижения износа трущихся деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) путем обеспечения их жидкостного трения за счет подачи подогретого масла под давлением перед запуском до момента страгивания коленчатого вала, и улучшения условий смазки пар трения с учетом увеличения их износа при работе двигателя за счет обеспечения возможности насосно-аккумуляторного питания и увеличения ресурса масляного насоса путем его периодической разгрузки. Полезная модель может быть использована в ДВС, устанавливаемых на транспортных средствах, строительно-дорожной технике или иных наземных транспортно-технологических машинах, эксплуатируемых, в том числе, при низких отрицательных температурах окружающей среды.
К недостаткам ДВС следует отнести отсутствие на поверхностях трущихся деталей масла в момент его запуска после длительного (6 ч и более) перерыва в работе, а также трудность запуска ДВС в холодное (ниже минус 20°C) время года. Отсутствие масла на поверхностях трущихся деталей в момент запуска ДВС обусловлено тем, что при неработающем двигателе моторное масло, за исключением некоторого его количества в фильтре, стекает обратно в поддон. Отсутствие смазки в трущихся деталях приводит к ускоренному их износу, снижая срок службы. Кроме того, в холодное время года, по указанной причине, а также из-за густоты остывшего масла затрудняется или становится невозможным запуск ДВС, поскольку подшипники кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов оказывают значительный момент сопротивления стартеру или иному устройству запуска ДВС. Время выхода ДВС на номинальный тепловой режим увеличивается с понижением температуры среды, вследствие чего повышается содержание вредных примесей в отработавших газах.
Момент страгивания является самым напряженным в плане нагрузки на пусковое устройство и подшипники коленчатого вала, а также другие трущиеся детали. Из научно-технической литературы известно, что износ трущихся деталей во время запуска ДВС без разогрева масла при температуре минус 20°C эквивалентен износу за 7,3 часа нормальной работы двигателя (Особенности эксплуатации и улучшение пусковых качеств двигателей внутреннего сгорания / Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта / Материалы 3-й Международной научно-практической конференции 6-7 декабря 2006 г. / Жданов А.Г. и др. - Самара: СамГАПС, 2006. - С. 134-138). Здесь можно отметить и то, что для предпускового подогрева жидкости в системе охлаждения ДВС существуют предусмотренные заводской инструкцией по эксплуатации машины различные предпусковые подогреватели жидкости факельного типа, работающие как на бензине, так и на дизельном топливе.
Для прокачки маслом ДВС перед их запуском применяют маслозакачивающий насос шестеренчатого типа МЗН-4, установленный на лючке картера со стороны масломерной линейки. При работе он по трубке забирает масло из картера и подает его к маслораспределительной плите. Насос приводится во вращение электродвигателем ДП 112 мощностью 600 Вт, работающим от постоянного тока с напряжением 24 В. Производительность насоса - не менее 10 л/мин, давление масла на выходе - не менее 0,9 МПа (http://t170-t10.ru/Instruktsii.html/ Двигатель Д160, Д180: устройство, рис. 9.8). Недостатком применения маслозакачивающего насоса является отсутствие в нем подогрева масла, подаваемого до момента страгивания на смазку подшипников коленчатого вала, что не исключают их повышенного износа. К тому же маслозакачивающий насос используется только при запуске и не улучшает условий смазки трущихся деталей ДВС на других режимах.
Известно устройство для предпусковой подачи масла в двигатель внутреннего сгорания, выполненное в виде аккумулятора давления, который соединен с системой смазки через управляющий клапан и содержит двойные стенки с вакуумным промежутком между ними и подогреватель (см. пат. США №US 5460097, F01M 5/02, F01P 11/20).
Недостатком указанного аналога является невысокая надежность предпусковой подготовки и работы системы смазки, что обусловлено недостаточным для обеспечения жидкостного трения в подшипниках двигателя уровнем давления, создаваемым при пуске масла, а также увеличением расхода энергии на включение подогревателя при каждом пуске при длительных остановках двигателя в условиях низких температур.
2
2
Известно устройство для предпусковой подачи масла в систему смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр с тремя стенками, внутренняя полость которого снабжена поршнем с пружиной и электроконтактным датчиком положения, между наружной и средней стенками цилиндра создан вакуум для теплоизоляции, в зазоре между средней и внутренней стенками, заполненном теплоаккумулирующим веществом - октаногидратом гидроксида бария Ba(OH)·8HO, размещена спиральная трубка, которая соединена с системой смазки через один из управляющих клапанов, а внутренняя полость цилиндра - через другой управляющий клапан (см. пат. РФ №2182235, F01M 5/02).
Недостатком известного устройства является невысокая надежность предпусковой подготовки и работы системы смазки. Это обусловлено низким количеством накапливаемого тепла цилиндром (тепловым аккумулятором), так как предварительное расплавление теплоаккумулирующего состава осуществляется циркулирующим горячим маслом системы смазки при максимальной температуре 100°C, а также низким рабочим давлением масла в виду изменений механических характеристик пружины при ее длительной эксплуатации и уплотнения пары «поршень-цилиндр» в результате трения и износа при их эксплуатации, что приводит к снижению КПД двигателя и перетечке масла между полостями цилиндра.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является двигатель внутреннего сгорания, содержащий механизм газораспределения, кривошипно-шатунный механизм, системы охлаждения, питания и зажигания, систему смазки, включающую масляный насос, картер с маслом, масляную магистраль, фильтр масляный с фильтрующим элементом и обратным клапаном, маслоизмерительный стержень, каналы для подачи масла к трущимся деталям двигателя, датчик контроля давления масла и баллон с размещенным в нем теплоаккумулирующим веществом, содержащий наружную и внутреннюю стенки с вакуумом между ними для теплоизоляции. Причем баллон выполнен в виде сосуда Дьюара, а теплоаккумулирующее вещество размещено в герметичных капсулах (см. пат. РФ №2128291, F01M 5/00).
Недостатком данного устройства является невысокая надежность предпусковой подготовки и работы системы смазки. Это обусловлено ухудшением эксплуатационных свойств масла и свойств системы смазки в виду смешивания в баллоне воздуха и масла и его пенообразования, а также возможного перегрева масла в системе при работе двигателя за счет теплоемкости соединенного с ней баллона с теплоаккумулирующим веществом. Также это обусловлено невозможностью обеспечить при зимнем пуске жидкостное трение в подшипниках, так как давления воздуха в баллоне недостаточно для предпусковой прокачки маслом зазоров в подшипниках двигателя в аккумуляторном режиме. Кроме того ненадежная теплоизоляция баллона ведет к потере тепловой энергии, а отсутствие наружной теплоизоляции баллона не позволяет защитить обслуживающий персонал от ожога при соприкосновении с его нагретой поверхностью.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности предпусковой подготовки и работы системы смазки при одновременном увеличении безопасности обслуживающего персонала.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении количества накапливаемого тепла баллоном и увеличении периода его заряженного тепловой энергией состояния при низких температурах воздуха, в обеспечении выбора оптимальной схемы питания точек смазки в зависимости от условий эксплуатации и исключении «масляного голодания» пар трения ДВС при засорении его фильтрующего элемента, в исключении смешения воздуха с маслом и пенообразования в системе смазки, что приводит к увеличению ресурса трущихся деталей двигателя, а также в обеспечении периодической разгрузки масляного насоса, что приводит к увеличению его срока службы, сокращая при этом расход топлива двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная задача решается тем, что известный двигатель внутреннего сгорания, содержащий механизм газораспределения, кривошипно-шатунный механизм, системы охлаждения, питания и зажигания, систему смазки, включающую масляный насос, картер с маслом, масляную магистраль, фильтр масляный с фильтрующим элементом и обратным клапаном, маслоизмерительный стержень, каналы для подачи масла к трущимся деталям двигателя, датчик контроля давления масла и баллон с размещенным в нем теплоаккумулирующим веществом, содержащий наружную и внутреннюю стенки с вакуумом между ними для теплоизоляции, согласно изменению дополнительно снабжен вспомогательной двухлинейной масляной магистралью, двухлинейным двухпозиционным распределителем с гидравлическим управлением, выход которого соединен с картером, и трехлинейным двухпозиционным распределителем, установленным в масляной магистрали на выходе масляного насоса, для переключения подачи масла с масляной магистрали на вспомогательную двухлинейную магистраль, одна из линий которой соединена с входом двухлинейного двухпозиционного распределителя, а другая содержит реле давления, обратный клапан для прохода масла только от насоса и соединена с масляной магистралью через нормально закрытый клапан с электромагнитным управлением перед фильтром масляным, который дополнительно снабжен перепускным клапаном, баллон выполнен в виде цилиндрического корпуса с наружной теплоизоляцией, содержащего с противоположных торцов полые крышки с вакуумом в их полостях для теплоизоляции, внутри корпуса вертикально установлен пневмогидроаккумулятор, выполненный в виде неразборного стального сосуда с теплоизолированным трехлинейным рабочим отводом, который герметично выведен через крышку корпуса, расположенную со стороны картера с маслом, внутренняя полость сосуда содержит разделенные резиновым баллоном жидкостную камеру со стороны рабочего отвода и газовую камеру с противоположной стороны, теплоаккумулирующее вещество выполнено на основе нитрата лития и размещено в зазоре между внутренней стенкой баллона и пневмогидроаккумулятором, в котором расположена спиральная трубка для циркуляции теплоносителя, выход которой герметично выполнен в крышке корпуса, расположенной со стороны рабочего отвода, и соединен посредством теплоизолированного газовода с атмосферой через выпускной пневмоклапан и глушитель, а ее герметичный вход выполнен в противоположной крышке корпуса и соединен посредством теплоизолированного газовода с одной стороны с выпускным трубопроводом отработавших газов двигателя эксплуатируемой машины через пневмораспределитель с электромагнитным и ручным управлением, а с другой - с отработавшими газами иного источника тепловой энергии через впускной пневмоклапан, теплоизолированный трехлинейный рабочий отвод содержит реле давления и температуры, манометр, датчик и указатель температуры, нормально закрытый клапан с электромагнитным и ручным управлением, выход которого гидравлически соединен с масляным фильтром между его фильтрующим элементом и обратным клапаном, жидкостная камера пневмогидроаккумулятора соединена с вспомогательной масляной магистралью на выходе ее обратного клапана посредством трехлинейного рабочего отвода, который одновременно выполнен в виде линии гидроуправления двухлинейным двухпозиционным распределителем.
При этом наружные поверхности двухлинейного двухпозиционного распределителя с гидроуправлением и нормально закрытого клапана с электромагнитным и ручным управлением могут быть выполнены с теплоизоляционным покрытием.
При этом наружная и внутренняя стенки баллона, его полые крышки, а также расположенная в нем спиральная трубка могут быть выполнены из однородного металла - нержавеющей стали.
Снабжение выхода масляного насоса трехлинейным двухпозиционным распределителем позволяет обеспечить выбор оптимальной схемы питания точек смазки в зависимости от условий эксплуатации (по насосной или по насосно-аккумуляторной гидролиниям), что приводит к повышению надежности работы системы смазки.
Дополнительное снабжение масляного фильтра перепускным клапаном исключает «масляное голодание» пар трения ДВС при засорении его фильтрующего элемента, что позволяет повысить надежность работы системы смазки.
Применение теплоаккумулирующего вещества на основе нитрата лития, изменяющего агрегатное состояние (температура фазового перехода -температура плавления - 253°C) в интервале рабочих температур теплоносителя зарядки (высокотемпературные отработавшие газы ДВС эксплуатируемой машины, имеющие температуру от 300°C и более) позволяет повысить количество накопляемого тепла баллоном и увеличить период его заряженного тепловой энергией состояния при низких температурах воздуха, что приводит к повышению надежности предпусковой подготовки системы смазки ДВС.
Возможность использования в качестве теплоносителя зарядки отработавших газов иного источника тепловой энергии (автомобиля техпомощи, переносной тепловентиляционной установки) позволяет повысить надежность предпусковой подготовки ДВС.
Использование предварительно заряженного сжатым азотом пневмогидроаккумулятора с разделителем сред исключает смешение воздуха с маслом и его пенообразование в системе смазки, что приводит к увеличению ресурса трущихся деталей, а также позволяет повысить давление масла в рабочем отводе с возможностью регулирования зарядки, что повышает надежность работы системы смазки заявляемого ДВС. Высокое давление в заряженном ПГАК (0,7 МПа и более) по сравнению с прототипом (0,3…0,35 МПа), зависящее от начального давления сжатого газа, а также типа пневмогидроаккумулятора, позволяет обеспечить условие жидкостного трения в кинематических парах трения ДВС до страгивания при его запуске, в том числе в условиях низких отрицательных температур воздуха.
Снабжение системы смазки ДВС вспомогательной магистралью с обратным клапаном и средствами гидроавтоматики (клапан с электромагнитным и ручным управлением, двухлинейный двухпозиционный распределитель с гидроуправлением, клапан с электромагнитным управлением, реле давления и температуры, датчик температуры) позволяет автоматизировать управление системой смазки, что приводит к повышению надежности ее работы на различных режимах.
Снабжение рабочего отвода ПГАК клапаном с электромагнитным и ручным управлением, выход которого гидравлически соединен с масляным фильтром, позволяет обеспечить в автоматическом или ручном режимах отсоединение от масляной магистрали работающего ДВС находящийся под давлением рабочий отвод ПГАК (например, при состоянии готовности к следующему запуску ДВС) или соединение рабочего отвода при питании указанной магистрали от насосно-аккумуляторной гидролинии, что приводит к повышению надежности работы системы смазки.
Подключение к масляному насосу двухлинейного двухпозиционного распределителя с гидравлическим управлением от рабочего отвода пневмогидроаккумулятора позволяет осуществлять периодическую разгрузку указанного насоса, увеличивая при этом срок его службы (ресурс) и сокращая расход топлива ДВС.
Изготовление наружной и внутренней стенок цилиндрического корпуса с верхней и нижней полыми крышками, а также спиральной трубки для циркуляции теплоносителя зарядки из однородного материала - нержавеющей стали, позволяет снизить коррозию металла при эксплуатации баллона, что повышает его ресурс.
Наружная теплоизоляция баллона с полыми крышками, в полостях которых создается вакуум, газоводов теплоносителя, рабочего отвода пневмогидроаккумулятора, двухлинейного двухпозиционного
распределителя с гидроуправлением и клапана с электромагнитным и ручным управлением позволяет снизить потери тепла и повысить тем самым надежность предпусковой подготовки системы смазки ДВС, а также увеличить безопасность (термозащиту) обслуживающего персонала.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображен двигатель внутреннего сгорания.
0
0
Двигатель внутреннего сгорания содержит механизм газораспределения 1, кривошипно-шатунный механизм 2, системы охлаждения 3, питания 4 и зажигания 5, баллон 6 (аккумулятор давления и теплоты) с размещенным в нем теплоаккумулирующим веществом 7 и систему смазки. Последняя включает картер 8 с маслом, маслоизмерительный стержень 9, масляный насос 10 с маслоприемником 11 и предохранительным клапаном 12, фильтр масляный 13 с фильтрующим элементом 14, обратным 15 и перепускным 16 клапанами, масляную магистраль 17 с датчиком 18 контроля давления масла и каналы 19 для подачи масла к трущимся деталям двигателя. Двигатель снабжен вспомогательной двухлинейной масляной магистралью 20, двухлинейным двухпозиционным распределителем 21 с гидравлическим управлением и трехлинейным двухпозиционным распределителем 22. Выход двухлинейного двухпозиционного распределителя 21 соединен с картером 8. В масляной магистрали 17 на выходе масляного насоса 10 установлен трехлинейный двухпозиционный распределитель 22 для переключения подачи масла с масляной магистрали 17 на вспомогательную двухлинейную масляную магистраль 20. Одна из ее линий соединена с входом двухлинейного двухпозиционного распределителя 21, а другая содержит реле давления 23, обратный клапан 24 для прохода масла только от насоса 10 и соединена с масляной магистралью 17 через нормально закрытый клапан 25 с электромагнитным управлением перед фильтром масляным 13. Баллон 6 выполнен в форме цилиндрического корпуса с наружной теплоизоляцией 26 в виде, например, асбокартона, асбестовой ткани или асбестового шнура. Баллон 6 содержит наружную 27 и внутреннюю 28 стенки и с противоположных торцов полые крышки 29 и 30 с вакуумом между стенок 27 и 28 и в полостях крышек 29 и 30 для теплоизоляции. Внутри корпуса 6 вертикально установлен типовой баллонный пневмогидроаккумулятор (ПГАК) 31 с расчетными параметрами. Расчет ПГАК 31 заключается в определении его номинальной конструктивной вместимости V, то есть объема газа при начальном давлении p до заполнения жидкостной камеры 34 пневмогидроаккумулятора 31 моторным маслом. ПГАК 31 выполнен в виде неразборного стального сосуда с теплоизолированным трехлинейным рабочим отводом 32, который герметично выведен через полую крышку 30 корпуса 6. Внутренняя полость сосуда 31 содержит разделенные резиновым баллоном 33 жидкостную камеру 34 и газовую камеру 35. Теплоаккумулирующее вещество 7, изменяющее свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоносителя зарядки, выполнено на основе нитрата лития и размещено в зазоре между внутренней стенкой 28 баллона 6 и пневмогидроаккумулятором 31, в котором расположена спиральная трубка 36 для циркуляции теплоносителя. Выход спиральной трубки 36 герметично выполнен в крышке 30 и соединен посредством теплоизолированного газовода 37 с атмосферой через выпускной пневмоклапан 38 и глушитель 39. Вход спиральной трубки 36 герметично выполнен в крышке 29 и соединен посредством теплоизолированного газовода 40 с одной стороны с выпускным трубопроводом 41 отработавших газов двигателя эксплуатируемой машины через пневмораспределитель 42 с электромагнитным и ручным управлением, а с другой - с отработавшими газами иного источника тепловой энергии через впускной пневмоклапан 43.
В качестве материалов для наружной теплоизоляции газоводов 37 и 40 могут применять асбестовую ткань, асбестовый шнур и прочие материалы.
Теплоизолированный трехлинейный рабочий отвод 32 изготовлен из материала, обладающего низкой теплопроводностью (полимеры и другие), и имеет наружную теплоизоляцию в виде, например, самоклеющейся пироленты из силиконовой резины. Он содержит реле давления 44 и температуры 45, манометр 46, датчик 47 и указатель 48 температуры, нормально закрытый клапан 49 с электромагнитным и ручным управлением. Выход последнего гидравлически соединен с масляным фильтром 13 между его фильтрующим элементом 14 и обратным клапаном 15. Жидкостная камера 34 пневмогидроаккумулятора 31 соединена с вспомогательной масляной магистралью 20 на выходе ее обратного клапана 24 посредством трехлинейного рабочего отвода 32, который одновременно выполнен в виде линии гидроуправления двухлинейным двухпозиционным распределителем 21.
Наружные поверхности двухлинейного двухпозиционного распределителя 21 с гидроуправлением и нормально закрытого клапана 49 с электромагнитным и ручным управлением выполнены с теплоизоляционным покрытием в виде, например, асбестовой ткани, жидкокерамического покрытия или иного.
Наружная 27 и внутренняя 28 стенки баллона 6, его верхняя 29 и нижняя 30 полые крышки, а также расположенная в нем спиральная трубка 36 выполнены из однородного металла - нержавеющей стали.
Такое конструктивное выполнение заявляемого двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить количество накапливаемого тепла баллоном и увеличить период заряженного тепловой энергией состояния баллона при низких температурах воздуха, обеспечить выбор оптимальной схемы питания точек смазки в зависимости от условий эксплуатации и исключить «масляное голодание» пар трения ДВС при засорении его фильтрующего элемента, исключить смешение воздуха с маслом и пенообразование в системе смазки, что приводит к увеличению ресурса трущихся деталей двигателя, а также позволяет обеспечить периодическую разгрузку масляного насоса, что приводит к увеличению его срока службы, сокращая при этом расход топлива двигателя внутреннего сгорания. Это все позволяет повысить надежность предпусковой подготовки и работы системы смазки.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
ПГАК 31 оснащается комплектом для зарядки газом (техническим азотом). В ПГАК 31 используют свойство газа - сжиматься и воздействовать на практически несжимаемую жидкость, находящуюся под давлением. При увеличении давления в масляной магистрали 17, резиновый баллон 33 сжимается, вбирая в жидкостную камеру 34 некоторое количество масла. При уменьшении давления в масляной магистрали 17 сжатый газ (технический азот) вытесняет масло обратно в масляную магистраль 17 системы смазки ДВС.
Систему смазки ДВС при необходимости снабжают масляным радиатором с краном для его включения (обычно включают при температуре воздуха выше 20°C или независимо от температуры при эксплуатации ДВС с большой нагрузкой). В этом случае масляный насос снабжен второй секцией для обеспечения циркуляции масла через масляный радиатор. Масло поступает в радиатор через предохранительный клапан, который открывается под давлением масла около 0,1 МПа. Пройдя через радиатор, масло сливается обратно в картер. Вышеперечисленные дополнительные элементы системы смазки на чертеже не показаны.
Нормальную работу ДВС обеспечивают механизм газораспределения 1, кривошипно-шатунный механизм 2, системы охлаждения 3, питания 4 и зажигания 5 и смазки.
Предпусковую подготовку системы смазки и запуск двигателя осуществляют следующим образом.
Предполагают, что перед каждым запуском ДВС после перерыва в работе, ПГАК 31 находится в полностью заряженном состоянии в результате предшествующего периода работы масляного насоса 10. Контроль зарядки осуществляют посредством манометра 46. Теплоизолированный рабочий отвод 32 автоматически заперт выключенным клапаном 49. Его электромагнитное управление обесточено срабатыванием реле давления 44 при достижении максимального давления в рабочем отводе 32 и закрытыми обратным клапаном 24 и клапаном 25 с электромагнитным управлением, которое обесточено срабатыванием реле давления 23 при отсутствии давления во вспомогательной масляной магистрали 20. Кроме того, перед «холодным» запуском ДВС в конце предшествующей смены производят предварительную зарядку баллона 6 тепловой энергией, используя в качестве теплоносителя отработавшие газы ДВС эксплуатируемой машины. При этом отработавшие газы подают по теплоизолированному газоводу 40 в спиральную трубку 36 от выпускного трубопровода 41 путем переключения пневмораспределителя 42 с электромагнитным управлением при закрытом пневмоклапане 43. Выход спиральной трубки 36 через теплоизолированный газовод 37, выпускной пневмоклапан 38 и глушитель 39 сообщен с атмосферой. Предварительное расплавление теплоаккумулирующего вещества 7 (нитрата лития) и запасание тепловой энергии в баллоне 6 осуществляется циркулирующими высокотемпературными отработавшими газами ДВС, а также горячим маслом системы смазки двигателя. В исходной (первой) позиции пневмораспределителя 42 отработавшие газы ДВС сообщены посредством выпускного трубопровода 41 через глушитель 39 с атмосферой. Предварительная зарядка баллона 6 тепловой энергией также может быть осуществлена с использованием отработавших газов автомобиля техпомощи или переносной тепловентиляционной установки (ТВУ) без задействования пневмораспределителя 42. При этом высокотемпературные отработавшие газы подают через впускной пневмоклапан 43 при закрытом отводе пневмораспределителя 42 по теплоизолированному газоводу 40 в спиральную трубку 36. Впускной пневмоклапан 43 и выпускной пневмоклапан 38 имеют ручное управление. Баллон 6 заряжается теплом при работе ДВС от его высокотемпературных отработавших газов, имеющих температуру от 300°C и более. Накопленное при предшествующей работе системы смазки тепловая энергия масла (температура достигает 100°C) некоторое время сохраняется в ПГАК 31, что также способствует ускоренному прогреву масла в его жидкостной камере 34 и теплоизолированном трехлинейном рабочем отводе 32 при «холодном» запуске двигателя. Режим прогрева масла в жидкостной камере 34 и рабочем отводе 32 контролируется датчиком температуры 47 с указателем температуры 48. Если температура в рабочем отводе 32 ниже заданной величины, например 70°C, то контакты термореле 45 замыкаются (режим «нагрев»), подавая напряжение на обмотку электромагнитного управления пневмораспределителя 42, который автоматически переключаясь во вторую позицию, соединяет линию теплоносителя (отработавшие газы ДВС) с газоводом 40 и спиральной трубкой 36. При достижении температуры в рабочем отводе 32 значения, несколько превышающего температуру фазового перехода нитрата лития (253°C), например 260°C, происходит размыкание контактов термореле 45, обесточивание обмотки электромагнитного управления пневмораспределителя 42 и возврат в исходную позицию под действием его пружины. Дальнейший разогрев теплоаккумулирующего вещества 7 посредством температуры проходящих по спиральной трубке 36 отработавших газов прекращается. Температура в баллоне 6 поддерживается за счет фазового перехода (расплавления) теплоаккумулирующего вещества 7 и тепловой энергии масла, заполняющего жидкостную камеру 34 ПГАК 31. В заряженном баллоне 6 теплоаккумулирующее вещество 7 (нитрат лития) сохраняется в расплавленном состоянии в течение нескольких дней при отрицательной температуре окружающей среды. Двухпозиционный пневмораспределитель 42 имеет вспомогательное ручное управление. Таким образом, после зарядки баллона 6 (аккумулятора давления и теплоты) гидравлической и тепловой энергией при запертых теплоизолированных газоводах 40 и 37 и теплоизолированном трехлинейном рабочем отводе 32 (заперт закрытыми клапанами 24, 25 и 49) разогретое до требуемой температуры масло в жидкостной камере 34 находится под максимальным рабочим давлением в максимально теплоизолированном состоянии от окружающей среды. Перед «холодным» запуском ДВС до момента страгивания коленчатого вала вручную открывают клапан 49, и горячее масло под давлением подается в масляный фильтр 13, затем от него в масляную магистраль 17 и далее в каналы 19 и зазоры кинематических пар трения, через которые сливается в картер 8. При достижении в масляной магистрали 17 давления (контролируется датчиком давления 18), обеспечивающего жидкостное трение в подшипниках и других трущихся деталях двигателя (не менее 0,25 МПа), производят запуск ДВС.
Работа ДВС предусматривает две схемы питания маслом потребителей (кинематических пар трения) системы смазки: насосную и насосно-аккумуляторную.
Насосное питание по «штатной» схеме с сопутствующим зарядом гидравлической, а при необходимости и тепловой энергией, баллона 6 осуществляют следующим образом.
При положении трехлинейного двухпозиционного распределителя 22 в первой позиции (как показано на чертеже) и работе ДВС циркуляция масла в магистрали 17 происходит под действием давления, создаваемого насосом 10. Масло забирается из картера 8 через маслоприемник 11 посредством насоса 10 и подается через обратный клапан 15 после очистки масла в фильтрующем элементе 14 в масляную магистраль 17, а далее по каналам 19 на смазку трущихся деталей. Отработавшее масло стекает в картер 8, его уровень контролируется маслоизмерительным стержнем 9 при неработающем двигателе. Контроль давления масла в магистрали 17 осуществляется датчиком давления 18. Пневмогидроаккумулятор 31 изначально разряжен до минимального ' рабочего давления при осуществлении предшествующего запуска ДВС. Ввиду понижения давления в его жидкостной камере 34 и теплоизолированном рабочем отводе 32 клапан 49 автоматически открыт путем подачи питания на обмотку его электромагнитного управления посредством переключении реле давления 44. А клапан 25 нормально закрыт, так как его электромагнитное управление обесточено через реле давления 23 ввиду отсутствия давления во вспомогательной масляной магистрали 20. ПГАК 31 находится в готовом для заряда состоянии. При работе ДВС заряд его жидкостной камеры 34 происходит от масляного насоса 10 по рабочему отводу 32 через открытый посредством работы реле давления 44 клапан 49 с электромагнитным управлением. Последний гидравлически соединен с масляным фильтром 13 между его фильтрующим элементом 14 и обратным клапаном 15. Попадая в жидкостную камеру 34, масло воздействует на резиновый баллон 33 и дополнительно сжимает находящийся в газовой камере 35 сосуда ПГАК 31 технический азот (газ работает как «пружина») и полностью заряжает последний. Заряд жидкостной камеры 34 по теплоизолированному рабочему отводу 32 будет происходить до максимального рабочего давления, соответствующего давлению срабатывания предохранительного клапана 12, перепускающего подачу насоса 10 на его вход, и ограничивающего давление масла в рабочем отводе 32 и масляной магистрали 17 системы смазки (согласно определению объемного гидропривода «при установившемся режиме работы насос развивает напор (давление), равное потребному»). При достижении максимального рабочего давления в теплоизолированном трехлинейном рабочем отводе 32 он автоматически запирается выключенным под действием своей пружины клапаном 49, электромагнитное управление которым обесточено срабатыванием реле давления 44 при достижении максимального давления в рабочем отводе 32, и закрытыми клапанами 24 и 25. Таким образом, ПГАК 31 оказывается полностью заряжен до максимального рабочего давления, равного давлению срабатывания предохранительного клапана 12 масляного насоса 10, и отсоединен от масляной магистрали 17 и масляного насоса 10. Одновременно, при необходимости, происходит заряд баллона 6 тепловой энергией от высокотемпературных отработавших газов аналогично вышеописанному. Температуры масла при работе ДВС (достигает 100°C) недостаточно для обеспечения фазового перехода используемого в качестве теплоаккумулирующего вещества 7 нитрата лития. При остановке масляного насоса 10 закрывается обратный клапан 15, предотвращая стекание масла из корпуса фильтра 13 через насос 10 в картер 8. В жидкостной камере 34 ПГАК 31 и его теплоизолированном трехлинейном рабочем отводе 32 при этом поддерживается максимальное рабочее давление масла, контролируемое посредством манометра 46, величина которого ограничена настройкой пружины предохранительного клапана 12. Таким образом, баллон 6 заряжен гидравлической и тепловой энергией и готов для следующего запуска ДВС. При «теплом» запуске ДВС после длительного перерыва в работе в масляную магистраль 17 до момента страгивания коленчатого вала подают под давлением без предварительного подогрева масло из жидкостной камеры 34 заряженного ПГАК 31 по рабочему отводу 32. Для этого вручную открывают клапан 49, и поток масла подается в масляный фильтр 13, затем в масляную магистраль 17 и далее в каналы 19 и зазоры кинематических пар трения, через которые сливается в картер 8. При последующих запусках прогретого ДВС в течение смены в масляную магистраль 17 до момента страгивания коленчатого вала также подают под давлением без предварительного подогрева масло из жидкостной камеры 34 заряженного ПГАК 31 по рабочему отводу 32 путем ручного открытия клапана 49. Контроль давления в магистрали 17 производят датчиком 18. Наличие обратного клапана 15 исключает при неработающем ДВС попадание масла из корпуса фильтра 13 в картер 8 через масляный насос 10, что позволяет ускорить подачу масла к трущимся деталям при запуске двигателя. Перепускной клапан 16 подает масло в масляную магистраль 17, минуя масляный фильтр 13 при засорении его фильтрующего элемента 14.
Насосно-аккумуляторное питание с сопутствующим зарядом гидравлической, при необходимости и тепловой энергией, баллона 6, а также периодической разгрузкой насоса 10 путем перевода его в режим холостого хода осуществляется следующим образом.
Переключением трехлинейного двухпозиционного распределителя 22 во вторую позицию масло под давлением подается от масляного насоса 10 в двухлинейную вспомогательную масляную магистраль 20, запитывая одновременно обе ее линии. Одна из ее линий соединена с входом закрытого при разряженном ПГАК 31 гидроуправляемого двухпозиционного распределителя 21. А другая содержит реле давления 23, обратный клапан 24 для прохода масла только от насоса 10 и соединена с масляной магистралью 17 через нормально закрытый клапан 25 с электромагнитным управлением перед фильтром масляным 13. При появлении давления во вспомогательной масляной магистрали 20 срабатывает реле давления 23, подавая напряжение на обмотку электромагнитного управления клапана 25 и открывая его. Масло подается от насоса 10 через обратный клапан 24 и открытый клапан 25 и поступает по вспомогательной магистрали 20 в масляную магистраль 17 и далее после очистки в масляном фильтре 13 по каналам 19 на смазку трущихся деталей двигателя. Давление масла контролируется датчиком давления 18. При работе насоса 10 часть расхода масла под давлением от вспомогательной масляной магистрали 20 через обратный клапан 24 и теплоизолированный рабочий отвод 32 поступает в жидкостную камеру 34 ПГАК 31, сжимая находящийся в его газовой камере 35 газ и полностью заряжая ПГАК 31. Кроме того, заряд ПГАК 31 осуществляется от масляной магистрали 17 через открытый посредством работы реле давления 44 клапан 49 с электромагнитным управлением по теплоизолированному рабочему отводу 32 (реле давления 44 открывает клапан 49 при понижении давления в рабочем отводе 32 до минимального рабочего значения). При полной зарядке ПГАК 31 клапан 49 закрывается, так как его электромагнитное управление обесточено срабатыванием реле давления 44 при достижении максимального давления в рабочем отводе 32. При заряде ПГАК 31 давление масла в жидкостной камере 34 и теплоизолированном рабочем отводе 32 нарастает по мере увеличения сопротивления сжатого газа до срабатывания гидроуправляемого двухпозиционного распределителя 21, так как рабочий отвод 32 является линией гидроуправления последнего. При этом давление открытия двухпозиционного распределителя 21 равно давлению срабатывания предохранительного клапана 12 масляного насоса 10 или меньше его. Двухпозиционный распределитель 21 открывается и перепускает подачу масляного насоса 10 на слив в картер 8, таким образом, периодически разгружая насос 10 и увеличивая ресурс его работы. Питание масляной магистрали 17 в этом режиме осуществляется по вспомогательной масляной магистрали 20 при продолжающем быть открытым клапане 25 с электромагнитным управлением по теплоизолированному рабочему отводу 32 от жидкостной камеры 34 полностью заряженного пневмогидроаккумулятора 31. После разрядки ПГАК 31 до заданного минимального рабочего давления гидроуправляемый двухпозиционный распределитель 21 закрывается, а клапан 49 с электромагнитным и ручным управлением вновь открывается, и система смазки опять питается только от масляного насоса 10, заряжающего при этом ПГАК 31 до максимального рабочего давления. Таким образом, цикл работы насосно-аккумуляторной системы смазки ДВС повторяется. При этом другие технические и эксплуатационные характеристики ДВС не ухудшаются. При насосно-аккумуляторном питании пар трения двигателя обеспечивается автоматическое поддержание посредством ПГАК 31 давления в масляной магистрали в заданных пределах независимо от степени износа подшипников скольжения и других пар трения и увеличения при этом расхода масла через подшипники и другие пары по мере их изнашивания в процессе эксплуатации.
В заявляемой полезной модели ПГАК 31 используют в качестве источника гидравлической энергии для разгрузки масляного насоса 10 и увеличения этим его срока службы (ресурса), а также уменьшения пульсации (пиков) давления масла в системе в переходных режимах при изменении нагрузки двигателя. В процессе эксплуатации ПГАК 31 накапливает энергию в виде определенного объема жидкости под давлением в моменты ее малого потребления парами трения и компенсирует недостаток расхода в моменты увеличения потребления (расхода) масла в системе. Наличие ПГАК 31 оптимизирует работу гидравлической схемы системы смазки, уменьшает потери энергии из-за слива излишка масла, а следовательно, повышает КПД и надежность системы смазки ДВС.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность предпусковой подготовки и работы системы смазки при одновременном увеличении безопасности обслуживающего персонала. Это обусловлено повышением количества накапливаемого тепла баллоном и увеличением периода его заряженного тепловой энергией состояния при низких температурах воздуха, обеспечением выбора оптимальной схемы питания точек смазки в зависимости от условий эксплуатации и исключением «масляного голодания» пар трения ДВС при засорении его фильтрующего элемента, исключением смешения воздуха с маслом и пенообразования в системе смазки, что приводит к увеличению ресурса трущихся деталей двигателя, а также обусловлено обеспечением периодической разгрузки масляного насоса, что приводит к увеличению его срока службы, сокращая при этом расход топлива двигателя внутреннего сгорания.