СИСТЕМА СМАЗКИ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
LUBRICATION SYSTEM FOR TURBOCHARGER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к системам смазки машин и двигателей, в частности к системам смазки под давлением, и предназначено для смазки турбокомпрессора дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для решения этой проблемы, патент РФ на полезную модель №69159 8МПК F01M 1/08 (2006. 01), содержащее турбокомпрессор, гидроаккумулятор масла, подключенный входным каналом через обратный клапан к главной масляной магистрали двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а выходным через жиклер к подшипнику турбокомпрессора, электрический питаемый от замка зажигания блок управления, подключенный к датчикам температуры и давления масла в масляной магистрали и к возвратно-подвижному соленоиду, воздействующему на последовательный жиклеру сливной клапан, а в масляном гидроаккумуляторе установлен поршень, подпружиненно воздействующий на масло в гидроаккумуляторе.
-1
Недостаток этого устройства заключается в увеличении времени выбега ротора турбокомпрессора при применении гидроаккумулятора, так как режим работы турбокомпрессоров автотракторных двигателей внутреннего сгорания отличается высокой напряженностью, при работе двигателя турбокомпрессор подвергается значительному тепловому воздействию: температура деталей газовой турбины достигает 650°C, а температура деталей воздушного компрессора порядка 100°C, наряду с этим турбокомпрессор подвергается значительному динамическому воздействию, так как ротор имеет рабочую частоту вращения порядка 170000 мин и выше. При остановке двигателя прекращается работа штатного насоса смазочной системы, давление в главной масляной магистрали и соответственно в подключенном к ней турбокомпрессоре практически мгновенно становится равным нулю, в то же время ротор турбокомпрессора продолжает вращаться с высокой частотой, при этом емкость гидроаккумулятора ограничена и возможен режим работы турбокомпрессора без смазки и охлаждения, что вызывает его ускоренный износ в режиме сухого трения, локальный перегрев деталей турбокомпрессора, их коробление, растрескивание, а также закоксовывание остатков смазочного масла.
По совокупности сходных существенных признаков за прототип заявляемого технического решения принята система смазки турбокомпрессора ДВС по патенту на изобретение №2518309 (патент РФ 8МПК F01M 1/00, опубликованный 10.06.14). Известная система содержит главную масляную магистраль, напорный трубопровод, связывающий магистраль с подшипником турбокомпрессора, гидроаккумулятор с подпружиненным поршнем, подключенный входным патрубком через тройники и обратный трубопровод к главной масляной магистрали, а через тройник выходным патрубком с напорным трубопроводом, между турбокомпрессором и двигателем внутреннего сгорания в воздушном патрубке, соединяющем турбокомпрессор и всасывающий патрубок двигателя внутреннего сгорания, установлено тормозное устройство с поворотной заслонкой, привод которого осуществляется от главной масляной магистрали с помощью гидроцилиндра и подпружиненного рычага.
Недостаток известного устройства заключается в том, что гидроаккумулятор постоянно связан с подшипником турбокомпрессора и в момент резкой остановки ДВС он может оказаться не полностью заряженным (вследствие колебания давления в системе смазки) в результате этого, объема масла, содержащегося в гидроаккумуляторе, может не хватить для смазки подшипника до полной остановки вала ротора турбокомпрессора. Вследствие разного (несвязанного друг с другом) привода гидроаккумулятора и заслонки тормозного устройства возможно рассогласование процесса смазки и торможения в режиме выбега ротора турбокомпрессора, что может привести к работе подшипника вала турбокомпрессора в режиме сухого трения и последующего выхода из строя турбокомпрессора.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности турбокомпрессора, увеличение срока его службы за счет установки пневмогидроаккумулятора и согласования его работы и поворотной заслонки тормозного устройства.
Задача решается тем, что система смазки турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащая главную масляную магистраль, напорный трубопровод, связывающий магистраль с подшипником турбокомпрессора, гидроаккумулятор с подпружиненным при помощи пружины поршнем, подключенный входным трубопроводом через тройник, обратный клапан и первичный трубопровод к главной масляной магистрали, между турбокомпрессором и двигателем внутреннего сгорания в воздушном патрубке, соединяющем турбокомпрессор и всасывающий патрубок двигателя внутреннего сгорания, установлено тормозное устройство с поворотной заслонкой, привод которого осуществляется от главной масляной магистрали с помощью рычага, в отличие от прототипа для управления системой смазки установлен электронный блок управления, соединенный с аккумулятором через замок зажигания и реле управления, расположенные в кабине автотракторного средства; на картере двигателя внутреннего сгорания установлен датчик оборотов коленчатого вала, соединенный с электронным блоком управления для определения значения частоты вращения коленчатого вала; на впускном патрубке турбокомпрессора установлен датчик расхода воздуха, соединенный с электронным блоком управления для определения значения подачи воздуха; для управления тормозным устройством установлен пневмогидроаккумулятор, содержащий корпус с расположенными в нем фланцем и цилиндром, разделяющими пневмогидроаккумулятор на три полости: пневматическую, гидравлическую, атмосферного давления; пневматическая полость расположена между фланцем и мембраной, закрепленной по краям к корпусу и по центру опирающейся на правую и левую пяты. В гидравлической полости, расположенной внутри цилиндра, на толкателе установлен поршень с пружиной и маслостойким уплотнением, передняя часть толкателя входит во фланец и уплотняется с помощью маслостойкого уплотнения. Внутри толкателя расположен шток с упорным подшипником, установленным в начале штока, а к внутренней стенке толкателя прикреплен упор для фиксации штока и обеспечения полного сжатия пружины, на конце штока установлены упорная гайка и винт механизма аварийного выключения пневмогидроаккумулятора. Снизу гидравлической полости к корпусу прикреплена трубка со сливным трубопроводом. В полости атмосферного давления на штоке соосно размещены опорный диск и возвратная пружина. Снизу полости атмосферного давления к корпусу прикреплена трубка для выпуска воздуха; для подачи масла из гидравлической полости к подшипнику турбокомпрессора на пневмогидроаккумуляторе смонтирован электромагнитный клапан, связанный с электронным блоком управления и подключенный с одной стороны через тройник, трубопровод, клапан и тройник к главной масляной магистрали, с другой стороны через трубопровод, тройник, напорный трубопровод - к подшипнику турбокомпрессора. Кроме того, для подачи воздуха в пневматическую полость и открытия поворотной заслонки тормозного устройства над пневмогидроаккумулятором установлен электропневмоклапан с регулятором подачи воздуха, который связан с одной стороны с пневмотрубопроводом, с другой стороны - с пневматической полостью пневмогидроаккумулятора и соединен с электронным блоком управления.
По имеющимся у авторов сведениям новая совокупность признаков, позволяющая повысить эксплуатационную надежность подшипников турбокомпрессора и увеличивающая срок его службы, не известна и не следует явным образом из уровня техники.
На фиг. 1 представлена схема системы смазки турбокомпрессора ДВС.
На фиг. 2 представлена схема системы смазки турбокомпрессора ДВС при запуске двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 3 представлена схема системы смазки турбокомпрессора ДВС при штатной работе двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 4 представлена схема системы смазки турбокомпрессора ДВС при внезапной или аварийной остановке двигателя внутреннего сгорания.
Система смазки турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания (Фиг. 1), содержит главную масляную магистраль 1, напорный трубопровод 2, связывающий магистраль с подшипником 3 турбокомпрессора, гидроаккумулятор 4 с подпружиненным при помощи пружины 5 поршнем 6, подключенный входным трубопроводом 7 через тройник 8, обратный клапан 9 и первичный трубопровод 10 к главной масляной магистрали 1. Между турбокомпрессором 11 и двигателем внутреннего сгорания в воздушном патрубке 12, соединяющем турбокомпрессор 11 и всасывающий патрубок двигателя внутреннего сгорания, установлено тормозное устройство 13 с поворотной заслонкой 14, привод которого осуществляется от главной масляной магистрали с помощью рычага 15.
Для управления системой смазки установлен электронный блок управления 16, соединенный при помощи проводки 17 с аккумулятором 18 через замок зажигания 19 и реле управления 20, расположенные в кабине автотракторного средства.
На картере двигателя внутреннего сгорания установлен датчик оборотов коленчатого вала 21, соединенный проводкой 22 с электронным блоком управления 16 для определения значения частоты вращения коленчатого вала.
На впускном патрубке 23 турбокомпрессора 11 установлен датчик расхода воздуха 24, соединенный проводкой 25 с электронным блоком управления 16 для определения значения подачи воздуха.
Для управления тормозным устройством 13 установлен пневмогидроаккумулятор 26, содержащий корпус 27 с фланцем 28 и цилиндром 29, разделяющими пневмогидроаккумулятор 26 на три полости: пневматическую 30, гидравлическую 31, атмосферного давления 32. Пневматическая полость 30 расположена между фланцем 28 и мембраной 33, закрепленной по краям к корпусу 27 и по центру опирающейся на правую пяту 34 и левую пяту 35. В гидравлической полости 31, расположенной внутри цилиндра 29, на толкателе 39 установлен поршень 36, поджатый пружиной 37 с маслостойким уплотнением 38. Передняя часть толкателя 39 входит во фланец 28 и уплотняется с помощью маслостойкого уплотнения 40. Внутри толкателя 39 расположен шток 41 с упорным подшипником 42, установленным в начале штока 41, а к внутренней стенке толкателя 39 прикреплен упор 62 для фиксации штока и обеспечения полного сжатия пружины 37, на конце штока 41 установлены упорная гайка 43 и винт 44 механизма аварийного выключения пневмогидроаккумулятора 26. Снизу гидравлической полости 31 пневмогидроаккумулятора 26 к корпусу 27 прикреплена трубка 45 со сливным трубопроводом 46. В полости атмосферного давления 32 на штоке 47 размещены соосно опорный диск 48 и возвратная пружина 49. Снизу полости атмосферного давления 32 к корпусу 27 прикреплена трубка 50 для выпуска воздуха.
Для подачи масла из гидравлической полости 31 к подшипнику 3 турбокомпрессора 11 на пневмогидроаккумуляторе 26 смонтирован электромагнитный клапан 51, связанный посредством проводки 52 с электронным блоком управления 16 и подключенный с одной стороны через тройник 53, трубопровод 54, клапан 55 и тройник 56 с главной масляной магистралью 1, с другой стороны через трубопровод 57, тройник 58, напорный трубопровод 2 - к подшипнику 3 турбокомпрессора.
Кроме того, для подачи воздуха в пневматическую полость 30 и открытия поворотной заслонки 14 тормозного устройства 13 над пневмогидроаккумулятором 26 установлен электропневмоклапан 59 с регулятором подачи воздуха 63, который связан с одной стороны с пневмотрубопроводом 60, с другой стороны - с пневматической полостью 30 пневмогидроаккумулятора 26 и соединен посредством проводки 61 с электронным блоком управления 16.
Система работает следующим образом. При запуске двигателя внутреннего сгорания (Фиг. 2) масло под давлением из главной масляной магистрали 1 поступает через обратный клапан 9, первичный трубопровод 10, тройник 8, входной трубопровод 7 в гидроаккумулятор 4, воздействуя на поршень 6 и сжимая пружину 5 до достижения величины рабочего давления. Из первичного трубопровода 10 масло поступает в напорный трубопровод 2 и далее к подшипнику 3 турбокомпрессора 11. Одновременно из главной масляной магистрали 1 масло поступает последовательно через тройник 53, трубопровод 54, клапан 55, тройник 56 в гидравлическую полость 31 пневмогидроаккумулятора 26. При этом масло под давлением воздействует на поршень 36, сжимая пружину 37, расположенную в нем, и перемещая вместе с поршнем 36 толкатель 39. Толкатель 39 движется по штоку 41, опираясь на упорный подшипник 42. Также задвигается правая пята 34 относительно фланца 28. При этом мембрана 33 смещается вправо, вместе с ней смещаются левая пята 35, шток 47, опорный диск 48, и возвратная пружина 49 распрямляется. При этом шток 47 тянет рычаг 15 и плавно открывает поворотную заслонку 14 тормозного устройства 13. Воздух, нагнетаемый турбокомпрессором 11, поступает в воздушный патрубок 12 и двигатель внутреннего сгорания. Так как при очередном запуске двигателя внутреннего сгорания в гидравлической полости 31 сохраняется давление, то при этом поворотная заслонка 14 тормозного устройства 13 открыта и воздух поступает в воздушный патрубок 12 и двигатель внутреннего сгорания. При отсутствии давления в гидравлической полости 31 запуск двигателя внутреннего сгорания на некоторое время невозможен. Но при прокрутке двигателя внутреннего сгорания стартером давление в гидравлической полости 31 возрастает и поворотная заслонка 14 открывается, обеспечивая беспрепятственный его запуск.
При запуске двигателя внутреннего сгорания импульсы, поступающие от датчиков оборотов коленчатого вала 21 и расхода воздуха 24, поступают по проводке 22 и 25 в электронный блок управления 16, где преобразуются и поступают по проводке 52 в исполняющее устройство - электромагнитный клапан 51, он открывается и масло из гидравлической полости 31 через трубопровод 57, тройник 58, напорный трубопровод 2 поступает к подшипнику 3 турбокомпрессора 11, осуществляя его смазку.
При штатной работе двигателя внутреннего сгорания (Фиг. 3) давление масла в главной масляной магистрали 1 постоянно и гидроаккумулятор 4 и пневмогидроаккумулятор 26 заряжены. Из первичного трубопровода 10 масло поступает в напорный трубопровод 2 и далее к подшипнику 3 турбокомпрессора 11.
При внезапной или аварийной остановке двигателя внутреннего сгорания (Фиг. 4) давление масла, подаваемого в главную масляную магистраль 1, снижается до нуля. Импульсы, поступающие от датчиков оборотов коленчатого вала 21 и расхода воздуха 24, поступают по проводке 22 и 25 в электронный блок управления 16, где преобразуются и поступают по проводке 61 в исполняющее устройство - электропневмоклапан 59, он открывается, и воздух из пневмотрубопровода 60 поступает через регулятор подачи воздуха 63 в пневматическую полость 30 пневмогидроаккумулятора 26. Регулятор подачи воздуха 63 обеспечивает плавное закрытие поворотной заслонки 14, исключающий наступление помпажа. В результате под действием давления воздуха мембрана 33 начинает смещаться, воздействуя на опорный диск 48 и левую пяту 35, которые, в свою очередь, толкают шток 47, сжимая возвратную пружину 49. Шток 47 передает усилие на рычаг 15, который воздействует на поворотную заслонку 14 тормозного устройства 13 и вызывает ее резкое закрытие. Возникающее при этом противодавление воздействует на турбокомпрессор 11, вызывая его остановку.
При внезапной или аварийной остановке двигателя внутреннего сгорания импульсы, поступающие от датчиков оборотов коленчатого вала 21 и расхода воздуха 24, поступают по проводке 22 и 25 в электронный блок управления 16, где преобразуются и поступают по проводке 52 в исполняющее устройство - электромагнитный клапан 51, он открывается и масло из гидравлической полости 31 через трубопровод 57, тройник 58, напорный трубопровод 2 поступает к подшипнику 3 турбокомпрессора 11 осуществляя его смазку и дополнительное охлаждение.
При необходимости в случае аварийной ситуации с целью запуска двигателя внутреннего сгорания пневмогидроаккумулятор 26 может быть отключен. Отключение производится выворачиванием винта 44 механизма аварийного выключения пневмогидроаккумулятора 26. При выворачивании винта 44 механизма аварийного выключения пневмогидроаккумулятора 26 он увлекает за собой шток 41 до упора 62, закрепленного к внутренней стенке толкателя 39, и затем тянет за собой толкатель 39 с поршнем 36, до полного сжатия пружины 37. Тем самым, обеспечивается отключение гидравлической полости 31 пневмогидроаккумулятора 26 и исключение накопления энергии масла в нем.
Применение пневмогидроаккумулятора и тормозного устройства позволяет согласовать работу гидроаккумулятора и тормозного устройства.
Преимущество данного устройства также проявляется в период пуска двигателя внутреннего сгорания. При остановленном двигателе и разряженном пневмогидроаккумуляторе поворотная заслонка тормозного устройства закрыта, что исключает пуск двигателя.
Использование предлагаемой системы смазки турбокомпрессора позволяет повысить надежность и срок службы турбокомпрессора.