НАСОС ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и предназначено для двигателей с жидкостным охлаждением.
Известна конструкция водяного насоса двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая базовый элемент, прикрепленный к крышке картера ДВС, вращательно установленный посредством подшипника и масляного уплотнения вал насоса, установленные на валу насоса рабочее колесо и приводную шестерню, элементы герметизации, JP, заявка 1-24111, кл. F 01 P 5/10, 1989.
К недостаткам данной конструкции относится то, что во-первых, возникающее при работе насоса давление в полости, образованной тыльной стороной рабочего колеса и плитой насоса, создает осевую нагрузку на подшипник, что приводит к уменьшению срока службы последнего, во-вторых, при эксплуатации данной конструкции насоса при температуре охлаждающей жидкости близкой к температуре кипения, в зоне максимального разряжения на линии всасывания по входной кромке рабочих лопаток колеса возникает явление кавитации, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, к ухудшению отвода тепла от ДВС в радиатор и к перегреву ДВС.
Указанные недостатки частично устраняются в системе охлаждения ДВС, В.А.Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2108. - М.: ДОСААФ, 1986, с.59-60, включающей, в частности, размещенный на блоке цилиндров водяной насос, содержащий корпус, вал подшипника с установленными на нем крыльчаткой, имеющей два разгрузочных канала, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и элементы герметизации.
Разгрузочные каналы, соединяющие полости с обеих сторон крыльчатки частично снижают давление в полости между тыльной стороной колеса и корпусом насоса, уменьшая тем самым осевую нагрузку на подшипник, однако, не
существенно. Также при работе насоса данной конструкции возникает явление кавитации и происходит перегрев ДВС. С целью устранения кавитации появляется необходимость увеличения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей. Достигается это путем повышения общего давления в системе охлаждения. Однако такой метод ведет к ухудшению герметичности системы (увеличивается давление на стенки патрубков, расширительного бачка, уплотнений, т.е. повышается вероятность появления течи охлаждающей жидкости) и, как следствие, к увеличению опасности перегрева ДВС.
Известно устройство насоса для системы охлаждения, которое подробно описано в патенте России на изобретение №2102610, МПК6 F 01 P 5/10, публ. 20.01.98, БИ №2. Насос содержит, 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, причем между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор.
В известной конструкции часть корпуса в которую устанавливаются подшипник и узел герметизации (сальник с кольцом скольжения) выполнена цельной. С одной стороны в корпус устанавливается подшипник, с другой - сальник. Таким образом, внутри корпуса получается закрытая камера (зазор), ограниченная с одной стороны торцом подшипника, с другой - сальником.
В процессе эксплуатации рассмотренного насоса на всех переднеприводных автомобилях производства ОАО "АВТОБАЗ" (г. Тольятти) были выявлены следующие проблемы:
- в процессе работы насоса излишняя смазка, выдавленная через торец подшипника, попадает в эту закрытую камеру и далее в сальник, нарушая его нормальную работу (смазка закоксовывается на кольцах скольжения сальника что приводит к течи охлаждающей жидкости);
- охлаждающая жидкость просочившаяся через сальник также попадает в эту закрытую камеру и далее в подшипник. Смазка подшипника вымывается что приводит к его преждевременному износу;
продукты износа колец скольжения сальника (представляют собой мелкую абразивную пыль) смываемые просочившейся охлаждающей жидкостью усиливают преждевременный износ подшипника.
Аналогичная проблема имеет место и в конструкциях насосов, которые защищены свидетельствами на полезную модель России:
- №9262, МПК6 F 01 P 5/10, 1999;
- №26603, МПК7 F 02 M 59/00, 2002;
- №36464, МПК7 F 04 D 29/00, 2004.
Или в патенте России №2234621, МПК7 F 04 D 29/00, публ. 2004.
Прототипом предлагаемой полезной модели является насос для системы охлаждения ДВС, см. Игнатов А.П. и др. "Руководство по ремонту автомобилей ВАЗ 2108, 2109, АВТОВАЗ, Тольятти, 1990, с.39, рис.2.71 (прилагается), 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 в виде наклонного по отношению к оси насоса канала, с относительно небольшой по величине площадью проходного сечения.
Практика эксплуатации прототипа показала, что через некоторый, сравнительно небольшой период времени, происходит закоксовывание дренажного устройства и оно становится неработоспособным. С этого момента ему становятся присущи недостатки, которые уже были выше описаны в рассмотренных аналогах.
Решение технической задачи предполагает, путем внесения в конструкцию известного насоса конструктивных изменений, улучшить условия работы подшипникового узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.
Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы водяного насоса, снижение опасности перегрева ДВС, а в конечном итоге, повышение потребительских свойств транспортного средства, в частности легкового автомобиля и повышение его конкурентоспособности как на внутреннем, так и на внешнем рынке.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном насосе для системы охлаждения ДВС, содержащем, 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.
В преимущественном варианте конструктивного исполнения 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.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ 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".
Полезная модель поясняется чертежами, где на:
фиг.1 показан в разрезе водяной насос,
фиг.2 и 3 показаны в сечении А-А два возможных варианта конструктивного исполнения дренажного устройства.
Насос для системы охлаждения ДВС, продольное сечение которого показано на фиг.1, содержит, снабженный ребрами жесткости 1 корпус 2 с присоединительным фланцем 3, вал 4 насоса с установленными на нем крыльчаткой 5, подшипниковым узлом 6 и узлом герметизации 7, который снабжен кольцом скольжения 8 из твердого материала, плотно контактирующим с торцом
ступицы 9 крыльчатки, причем между торцами подшипникового узла и узла герметизации образован кольцевой зазор 10, величина которого "а". В стенке корпуса 2 насоса, в зоне образования кольцевого зазора 10 между торцами 11 и 12, соответственно, подшипникового узла 6 и узла герметизации 7, по крайней мере в его донной части, выполнено дренажное устройство.
На фиг.2 дренажное устройство выполнено, по крайней мере, в донной части стенки корпуса 2 насоса, в виде сквозного канала 13, ширина "в" которого не менее величины зазора 10, образованного в корпусе 2 между торцами подшипникового узла 6 и узла герметизации 7, а площадь проходного сечения не менее площади круга, диаметр которого равен величине "а" зазора между торцами подшипникового узла 6 и узла герметизации 7.
На фиг.3 канал выполнен в виде кольцевого разъема 14, образованного по всей длине окружности цилиндрической части корпуса 2 насоса, при этом сочленение разомкнутых цилиндрических частей корпуса 2 осуществляется посредством монолитно сформированных на нем ребер жесткости 1.
В обоих описанных случаях ось Х-Х проходного сечения канала перпендикулярна оси вращения вала 4.
Работает устройство обычным образом. Корпус 2 водяного насоса (фиг.1) закреплен на блоке цилиндров ДВС (не показан). Крутящий момент от коленчатого вала ДВС передается посредством зубчатого шкива на вал 4 водяного насоса, имеющий подшипниковый 6 и уплотнительный 7 узлы, с жестко посаженной на нем крыльчаткой 5, снабженной рабочими лопатками, дополнительными лопатками и разгрузочными каналами. При вращении крыльчатки 5 охлаждающая жидкость под действием центробежных сил нагнетается рабочими лопатками из полости с низким давлением в полость с высоким давлением и далее в систему охлаждения.
В процессе эксплуатации насоса происходит следующее. С одной стороны часть консистентной смазки, заложенной в подшипниковый узел 6 выдавливается в зазор (полость) 10. Далее эта часть смазки, через зазоры в уплотнительном узле 7 (сальник) и кольце скольжения 8 попадает на контактную поверхность скольжения кольца 8 и ступицы 9 крыльчатки 5. На поверхности скольжения кольца 8, в результате этого, через некоторое время образуется очень жесткий, неравномерно расположенный по поверхности скольжения припек (закоксовывание, похожее на пятнистую коросту). С другой стороны, в результате нарушения герметичности в контакте скользящего кольца 8 и торца ступицы 9,
охлаждающая жидкость (например, тосол), через уплотнительный узел 7 начинает просачиваться в зазор 10, попадает в подшипниковый узел 6 и вымывает из него часть смазки, что приводит к нарушению нормальной работы подшипникового узла 6.
Именно модернизация дренажного устройства в корпусе 2 насоса, выполненного в донной части корпуса 2, в том виде, как это представлено на фиг.2 и 3, позволяет в процессе эксплуатации насоса осуществлять перманентный отвод выдавливаемых в зазор 10 смазки и охлаждающей жидкости непосредственно в окружающую среду, чем и исключается вредное взаимное влияние упомянутых выше факторов на работоспособность как подшипникового узла 6 - это в первую очередь, как наиболее уязвимого конструктивного элемента насоса, так и уплотнительного узла 7, в том числе и кольца скольжения 8. При таком конструктивном исполнении дренажного устройства, как это полностью подтвердила практика эксплуатации опытных образцов, полностью отсутствуют условия для закоксовывания дренажного канала, что имеет место в прототипе.
Возможные варианты конструктивного исполнения дренажного устройства представлены на фиг.2-3, из которых наглядно видно, что это может быть либо сквозной паз 13 ограниченной окружной длины, либо это может быть кольцевой разъем 14 по всей длине окружности внешнего контура корпуса, см. фиг.1 и 3, при этом неразъемное и жесткое сочленение разомкнутых частей корпуса 2 осуществляется посредством ребер жесткости 1. Опытные образцы именно этого второго варианта конструктивного исполнения насоса на автомобилях производства ОАО "АВТОВАЗ" показали высокую эффективность предложенного конструктивного решения обозначенной выше технической проблемы.
Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным способом ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящей полезной модели.