СПОСОБ ПОДОГРЕВА МОТОРНОГО МАСЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD FOR HEATING ENGINE OIL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу подогрева моторного масла в масляном контуре двигателя внутреннего сгорания, который оснащен насосом для подачи моторного масла, по меньшей мере, к одной точке потребления в масляном контуре, при этом насос расположен в питающем трубопроводе выше по потоку по меньшей мере одной точки потребления. Также изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания для осуществления данного способа.
Уровень техники
Способ указанного типа используется в двигателях внутреннего сгорания, выполняющих функцию средства приведения в движение в моторных транспортных средствах. В рамках данного изобретения понятие «двигатель внутреннего сгорания» относится не только к дизельным двигателям и двигателям с искровым зажиганием, а также к гибридным двигателям внутреннего сгорания, работающим от гибридного способа сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания содержат блок цилиндров и по меньшей мере одну головку блока цилиндров, которые могут соединяться или соединены друг с другом, с образованием отдельных цилиндров, то есть камер сгорания. Другие отдельные конструктивные элементы будут кратко рассмотрены далее.
Блок цилиндров имеет соответствующее количество отверстий цилиндра для вмещения поршней или гильзы цилиндров. Поршень каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания направлен таким образом, что он аксиально двигается в гильзе цилиндра и вместе с гильзой цилиндра и головкой цилиндра ограничивает камеру сгорания цилиндра. Днище поршня образует при этом часть внутренней стенки камеры сгорания и делает вместе с поршневыми кольцами камеру сгорания герметичной по отношению к блоку цилиндров или картеру двигателя таким образом, что газообразные продукты сгорания и воздух для горения не попадают в картер двигателя, а масло не попадает в камеру сгорания.
Поршень выполняет функцию передачи генерируемых сгоранием сил газов коленчатому валу. Для этой цели, поршень через поршневой палец подвижно соединен с шатуном, который в свою очередь вращается на коленчатом вале.
Расположенный в картере двигателя коленчатый вал принимает энергию движения шатуна, складывающуюся из силы действия газов, возникающей из-за сгорания топлива в камере сгорания, и внутренних сил, вызванных неравномерным движением частей двигателя. При этом колебательные возвратно-поступательные движения поршня преобразуются во вращательные движения коленчатого вала, который передает крутящий момент на трансмиссию. Часть энергии, передаваемой коленчатому валу, как правило, используется для обеспечения работы вспомогательных агрегатов, таких как масляный насос и генератор, или предназначена для приведения в действие кулачкового распределительного вала и вместе с этим клапанного механизма. Кулачковый вал при этом часто расположен сверху головки блока цилиндров.
Обычно верхняя часть картера формируется блоком цилиндров. Картер, как правило, дополняется пристраиваемой к верхней части другой, нижней частью, присоединенной к верхней части и выполняющей функцию масляной ванны. При этом часто верхняя часть картера имеет фланцевую поверхность для соединения с масляной ванной, то есть нижней частью картера. Как правило, для герметизации масляной ванны или картера относительно окружающей среды используют уплотняющую прокладку, предусмотренную внутри или на фланцевой поверхности. Соединение может осуществляться, например, с помощью болтов. Масляная ванна предназначена для сбора и хранения моторного масла и является частью масляного контура. Кроме этого, масляная ванна выполняет функцию теплообменника для снижения температуры масла, когда двигатель внутреннего сгорания нагрет до рабочей температуры. При этом находящееся в масляной ванне двигателя масло охлаждается воздушным потоком, проходящим вдоль наружной стенки за счет теплопроводности и конвекции.
Для размещения и поддержания коленчатого вала в картере предусмотрены по крайней мере два подшипника, которые, как правило, состоят из двух частей и включают в себя опору подшипника и соединяемую с опорой подшипника крышку подшипника. Коленчатый вал крепят в области шеек коленчатого вала, которые расположены вдоль оси коленчатого вала на расстоянии друг от друга и, как правило, выполнены в форме утолщенных уступов на валу. При этом крышки подшипника и опоры подшипника могут быть выполнены в виде отдельных частей или представлять собой единое целое с картером или частями картера. Между коленчатым валом и подшипниками в качестве прокладочных элементов могут быть расположены вкладыши подшипника.
В собранном состоянии каждая опора подшипника связана с соответствующей крышкой подшипника. В каждом случае одна опора подшипника и одна крышка подшипника - возможно взаимодействуя с вкладышами подшипника в качестве прокладочного элемента - образуют отверстие для входа шейки коленчатого вала. В отверстия обычно подается моторное (смазочное) масло, и таким образом, когда коленчатый вал вращается, формируется прочная смазочная пленка между внутренней поверхностью каждого отверстия и соответствующей шейкой коленчатого вала - аналогично подшипникам скольжения.
Для подачи масла к подшипникам предусмотрен специальный насос, доставляющий моторное масло по меньшей мере на два подшипника, причем насос обеспечивает его подачу через питающий трубопровод в главную масляную магистраль, от которой к по меньшей мере двум подшипникам ведут соответствующие каналы. При этом в известных решениях питающий трубопровод проходит от насоса через блок цилиндров к главной масляной магистрали. Для образования так называемой главной масляной магистрали часто бывает предусмотрен главный канал снабжения, расположенный вдоль продольной оси коленчатого вала. Главный канал снабжения может проходить над или под коленчатым валом в картере или быть встроенным в коленчатый вал.
В известных решениях на сам насос подача обеспечивается через всасывающую магистраль, идущую от масляной ванны к насосу, поступающим из масляной ванны моторным маслом. Он должен обеспечивать достаточную скорость подачи (или большой объем подачи) и достаточно высокое давление масла в системе питания, в частности, в главной масляной магистрали. Для ограничения давления масла в системе в известных решениях часто используют обводную линию или трубопровод малого круга, который ответвляется от питающего трубопровода ниже по потоку насоса, непосредственно за насосом, и вливается во всасывающую магистраль выше по потоку насоса, и в котором предусмотрен предохранительный клапан, автоматически открывающийся при превышении заданного давления масла.
При определенных условиях в непрерывном снабжении маслом двух подшипников нет необходимости. Непрерывная подача масла на подшипники может отрицательно повлиять на давление во всей системе, особенно когда снабжение маслом подшипников связано или находится во взаимодействии с дополнительной подачей масла, например, через главную масляную магистраль. Поэтому предпочтительным является периодическая, но не непрерывная подача масла на подшипники.
Дополнительная подача масла в описанной ситуации представляет собой подачу масла на распределительный вал, который, как правило, располагается в состоящей из двух частей так называемой опоре распределительного вала. Конструкция аналогична расположению описанной выше подшипниковой опоры коленчатого вала. Опора распределительного вала обычно снабжается смазочным маслом по предназначенному для этому каналу, который в известных решениях отходит от главной масляной магистрали, проходит через блок цилиндров при верхнем расположении распределительного вала доходит до головки блока цилиндров.
В качестве альтернативы может использоваться питающий трубопровод, проходящий от насоса непосредственно в головку блока цилиндров, который обеспечивает маслом опору распределительного вала и затем - ниже по потоку - вливается в главную масляную магистраль.
Распределительный вал и кулачковый вал, а также относящиеся к ним подшипники, иначе говоря - опорные элементы, в рамках настоящего изобретения обозначены как «точки потребления», поскольку они для исполнения и поддержания своих функций требуют потребления или снабжения моторным маслом.
Другими точками потребления могут быть, например, подшипники шатуна или балансировочного вала. Также своего рода точкой потребления в указанном смысле является система масляного охлаждения, которая смачивает днище поршня для охлаждения посредством разбрызгивания моторного масла снизу, то есть со стороны картера. Система масляного охлаждения также нуждается в масле и расходует его, а, следовательно, должна им снабжаться.
Гидравлический регулятор фаз газораспределения или другие конструктивные элементы с клапанным механизмом, например, предназначенные для регулировки зазора в гидравлических клапанах, также нуждаются в моторном масле и требуют подачи масла.
Точками потребления в данном изобретении не считаются встроенный в питающий трубопровод масляный фильтр, масляный радиатор или предназначенный для подачи масла насос, несмотря на то, что эти компоненты масляного контура также снабжаются моторным маслом. Однако в соответствии с принципом работы масляный контур требует использования этих компонентов, задачи и функции которых касаются исключительно масла как такового, в то время как для точек потребления является необходимым только масляный цикл.
Ниже по потоку точек потребления, то есть после того, как масло было использовано точкой, так называемые возвратные линии возвращают моторное масло обратно в масляную ванну, замыкая тем самым масляный контур. Возврат масла осуществляется при этом под действием силы тяжести. Линии возврата преимущественно располагаются в области более низких температур или по соседству с предусмотренным жидкостным охлаждением головки или блока для предотвращения перегрева масла, которое оказывает негативное влияние на такие качества, как маслянистость, и приводит к быстрому старению масла.
Трение в смазываемых маслом точках потребления, к примеру, в подшипниках коленчатого вала, которое в значительной степени зависит от вязкости и температуры подаваемого масла, влияет на расход топлива двигателем внутреннего сгорания. По причине ограниченного количества запасов минерального масла существует принципиальная проблема минимизации потребления топлива. Помимо повышения эффективности сгорания топлива, разработки направлены также на сокращение потерь на трение.
Большинство известных из уровня техники концепций по сокращению потерь при трении направлены на осуществление быстрого нагрева моторного масла после холодного запуска. Быстрый нагрев моторного масла в период прогрева двигателя внутреннего сгорания приводит к соответственно быстрому уменьшению вязкости и сокращает трение (или потери при трении), в частности, в смазываемых маслом подшипниках.
Нагрев масла может активно осуществляться, к примеру, с помощью подогревающего устройства, которое с точки зрения расхода топлива является дополнительной точкой потребления.
В основе других концепций лежат меры, согласно которым разогретое в процессе работы двигателя внутреннего сгорания масло сохраняется (накапливается) для перезапуска, при этом высокая температура масла поддерживается за счет герметизации. Рассматривая такие концепции, согласно которым разогретое в процессе эксплуатации масло хранится в изолированной емкости и используется при повторном запуске двигателя внутреннего сгорания для смазки подшипников, необходимо учитывать то, что разогретое в процессе эксплуатации масло не может неограниченное время сохранять высокую температуру, что зачастую при эксплуатации двигателя делает необходимым повторный нагрев масла.
На основании всего вышесказанного задачей настоящего изобретения является разработка способа подогрева моторного масла в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, с помощью которого возможно будет сократить потери при трении в двигателе внутреннего сгорания.
Другим объектом изобретения является разработка двигателя внутреннего сгорания для осуществления такого способа.
Раскрытие изобретения
Первая задача решается за счет разработки способа подогрева моторного масла в масляном контуре двигателя внутреннего сгорания, в котором имеется насос для подачи моторного масла по меньшей мере к одной точке потребления в масляном контуре, причем насос расположен в питающем трубопроводе выше по потоку по меньшей мере одной точки потребления, отличающийся тем, что трение моторного масла механически повышается посредством устройства, расположенного между по меньшей мере одной точкой потребления и насосом на пути потока моторного масла, причем движение устройства вызывает завихрения в моторном масле, которые за счет трения приводят к поступлению тепла и, таким образом, к повышению температуры масла.
Существенным признаком способа по изобретению является то, что нагревание моторного масла осуществляется механическим способом. В отличие от известных из уровня техники концепций это позволяет обеспечить эффективный разогрев моторного масла без увеличения общего расхода топлива двигателем внутреннего сгорания. Для этого необходимо согласовать применение данного способа с работой двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с изобретением повышение трения масла достигается целенаправленно, за счет механически вводимых завихрений в масле, создаваемых, к примеру, с помощью морского пропеллера винтового типа, выступающего в питающий трубопровод масляного контура и таким образом в масло, то есть моторное масло наталкивается на него. Завихрения или связанное с этими завихрениями трение приводит к повышению температуры масла. Такое повышение температуры происходит выше по потоку точки потребления таким образом, что к по меньшей мере одной точке потребления подается уже разогретое масло пониженной вязкости. Как следствие, происходит уменьшение потерь при трении в точке потребления.
Возможное охлаждение разогретого масла в масляной ванне не является проблемой, поскольку устройство нагрева масла располагается между точкой потребления и насосом, соответственно, ниже по потоку масляной ванны.
Способ по изобретению обеспечивает быстрый разогрев моторного масла и двигателя внутреннего сгорания, в частности, после холодного запуска. Быстрый разогрев моторного масла в период прогрева двигателя внутреннего сгорания обеспечивает быстрое уменьшение вязкости и, вместе с этим, снижение трения (потерь при трении), в частности, в смазываемых маслом подшипниках.
Таким образом, решается первая частная задача настоящего изобретения, а именно, обеспечение подогрева моторного масла, благодаря которому может быть достигнуто уменьшение потерь при трении в двигателе внутреннего сгорания.
Максимально быстрый разогрев масла после холодного старта сокращает не только мощность трения, но и при этом двигатель внутреннего сгорания достигает гораздо большей эффективности при быстром достижении рабочей температуры. При этом, с одной стороны, сокращаются выбросы несгоревших углеводородов, с другой стороны, быстрее разогревается имеющаяся система нейтрализации отработавших газов, что является положительным фактором с точки зрения минимальной температуры запуска нейтрализации.
Другие варианты преимущественных вариантов воплощения способа по изобретению приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительными являются варианты способа, в которых устройство приводится в движение электрическим приводом.
Электрический привод устройства позволяет осуществить нагрев масла еще до запуска двигателя внутреннего сгорания. Электроэнергия для привода может подаваться, к примеру, от аккумулятора. Но, если аккумулятор во время эксплуатации двигателя начинает заряжаться, то есть энергия начинает поступать от двигателя, использование электропривода будет обязательно связано с перерасходом топлива. Следует также учитывать то, что насос для подачи масла, как правило, имеет механический привод, то есть масло подается и циркулирует в масляном контуре только во время работы двигателя внутреннего сгорания.
По этим причинам особенно предпочтительными также являются варианты способа, в котором устройство приводится в движение механическим приводом.
При этом предпочтительным являются варианты способа, в которых устройство приводится в действие механическим гибким приводом.
Обычно в двигателях внутреннего сгорания используются одна или несколько гибких приводов, например, для обеспечения эксплуатации вспомогательных механизмов двигателя внутреннего сгорания и автомобиля, в частности, масляного насоса, охлаждающего насоса, генератора и подобных устройств, или для приведения в действие соответствующих распределительных валов, необходимых для управления клапанами (то есть клапанным механизмом).
Для привода необходимого устройства, используемого в способе по изобретению, может использоваться уже имеющийся гибкий привод. Хотя для подобного гибкого привода может также использоваться часть мощности, получаемой из химической реакции сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, что, как правило, приводит к потреблению дополнительного топлива, если данный способ будет использоваться в режиме принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания, масло может разогреваться без потребления дополнительного топлива.
Как правило, гибкие приводы имеют форму ременного или цепного привода, где в качестве средства привода используется ремень или цепь, причем крутящий момент приводного вала - например, коленчатого - должен передаваться с минимальными потерями энергии на вспомогательные механизмы или устройство для механического увеличения трения в масле.
Для обеспечения максимально надежного и износоустойчивого привода тяговый элемент должен постоянно находиться под натяжением. Это важно, когда используют ременной привод, для того, чтобы избежать проскальзывания тягового элемента, то есть для того, чтобы предотвратить проскальзывание привода.
Также предпочтительными являются варианты способа, в которых устройство механически приводится в действие зубчатым механизмом.
В отличие от гибкого привода привод с механической зубчатой передачей обеспечивает отсутствие проскальзывания. Зубчатая передача состоит из одной или нескольких пар зубчатых колес и отличается высоким коэффициентом полезного действия.
Также предпочтительными являются варианты способа, в которых устройство включается после холодного запуска для разогрева моторного масла. Данный вариант отличается методом разогрева моторного масла, который соответствует фактическим потребностям.
По тем же причинам предпочтительными являются также варианты способа, в которых устройство включается при прогреве двигателя для разогрева моторного масла.
Предпочтительными являются варианты способа, в которых устройство запускается в режиме принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания. Данный вариант обеспечивает, что механический привод устройства не приведет к дополнительному расходу топлива, то есть масло прогревается без потребления дополнительного топлива.
Если водитель, нажимая педаль акселератора, затребует крутящий момент, например, для целей ускорения, то этот запрос обеспечивается рассматриваемым способом, то есть такому запросу предоставляется преимущество перед требуемым нагревом моторного масла.
После холодного запуска или в период прогрева предпочтительно включать устройство увеличения трения в масле только тогда, когда отсутствуют другие требования мощности со стороны водителя, например, в режиме принудительного холостого хода или при специальном замедлении, то есть во время процесса торможения. В этом отношении данный вариант похож на принцип, который используется в системах, направленных на регенерацию энергии.
В предпочтительном варианте способа устройство отключается при превышении предварительно заданного значения температуры масла. В этом случае нагревание масла прекращается, если это больше не требуется.
1
В преимущественном варианте способа устройство отключается, когда температура масла превышает предварительно заданное значение и остается на уровне выше этого значения в течение определенного промежутка времени Δt.
Введение дополнительных условий для отключения устройства должно препятствовать частому включению и выключению, в частности, отключению устройства, если температура масла превышает установленное значение только на короткий промежуток времени, а затем снова снижается, или колеблется вокруг заранее заданного значения, существенно не превышая порога, требующего выключения устройства.
Второй частной задачей изобретения является разработка двигателя внутреннего сгорания для осуществления вышеуказанного способа. Данная задача решается с помощью двигателя внутреннего сгорания с масляным контуром и насосом для подачи моторного масла через питающий трубопровод к по меньшей мере одной точке потребления внутри масляного контура, отличающегося тем, что между по меньшей мере одной точкой потребления и насосом предусмотрено устройство, предназначенное для повышения трения за счет создания завихрений в моторном масле.
Все вышесказанное, относящееся к способу по изобретению, распространяется также и на двигатель внутреннего сгорания. Поэтому здесь делается отсылка к описанию соответствующего изобретению способа и его различных вариантов.
Устройство может управляться электрическим, гидравлическим, пневматическим, механическим или магнитным способами, предпочтительно системой регуляторов двигателя. Может быть также предусмотрена муфта для включения или отключения устройства, особенно, если устройство приводится в действие механически.
В предпочтительном варианте двигателя внутреннего сгорания устройство работает по принципу гидродинамического тормоза-замедлителя.
Гидродинамический тормоз-замедлитель используется для грузовых автомобилей как износостойкий замедлитель. Замедлитель содержит два вращательно-симметричных, расположенных друг напротив друга лопастных колеса. Одно лопастное колесо выполнено в виде ротора, то есть установлено с возможностью вращения, в то время как другое колесо представляет собой неподвижный статор. При необходимости масло подается в корпус, вмещающий колеса. Ротор ускоряет подачу масла, а лопасти ротора направляют масло в статор, который, в ответ на это тормозит ротор. За счет трения энергия движения превращается в тепловую энергию, что приводит к повышению температуры масла.
Предпочтительным является вариант двигателя внутреннего сгорания с по меньшей мере одной головкой блока цилиндров и по меньшей мере одним блоком цилиндров, связанным с по меньшей мере одной головкой цилиндров, выполняющим функцию верхней части картера двигателя, и стороной, удаленной от головки блока цилиндров, соединенным с масляной ванной, выполняющей функцию нижней части картера двигателя, предназначенной для сбора и хранения моторного масла, причем всасывающий трубопровод ведет от масляной ванны к насосу для его снабжения поступающим из масляной ванны моторным маслом. Здесь делается отсылка к объяснениям, приведенным выше.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых питающий трубопровод масляного контура ниже по потоку насоса сначала проходит через блок цилиндров, а потом входит в головку блока цилиндров.
Направление движения потока масла является в этом случае таким же, как и в большинстве существующих на настоящий момент двигателей внутреннего сгорания, а именно, масло сначала подается от насоса на главную масляную магистраль для снабжения подшипников коленчатого вала, прежде чем попадает к головке блока цилиндров.
Масло при прохождении через блок цилиндров нагревается, благодаря чему расположенная ниже по потоку со стороны головки блока цилиндров часть масляного контура снабжается уже разогретым в блоке цилиндров маслом, которое дальше нагревается в головке, а затем возвращается.
После простоя автомобиля, то есть при новом запуске двигателя внутреннего сгорания, масло попадает сначала в блок цилиндров, где оно предварительно нагревается. Предварительно нагретое масло затем продолжает нагреваться в головке блока цилиндров, который за счет процесса горения быстрее достигает высокой температуры. Подогрев масла, то есть повышение температуры масла, в этом случае более значительно, чем в случае, когда масло проходит только через блок цилиндров.
Предпочтительными являются варианты двигателя внутреннего сгорания, в которых питающий трубопровод масляного контура от насоса сначала проходит через головку блока цилиндров, а потом входит в блок цилиндров.
При определенных ограничениях для максимально быстрого нагрева масла может быть предпочтительным, чтобы питающий трубопровод масляного контура сначала проходил через головку блока цилиндров. В частности, при очень низких температурах окружающей среды более быстрый прогрев головки блока цилиндров способствует более быстрому прогреву масла. Данный эффект еще более ощутим при использовании дополнительных конструктивных элементов, например, вставки коллектора в головку блока цилиндров. Подобные и другие меры, поддерживающие или оказывающие влияние на разогрев головки блока цилиндров, далее будут более подробно пояснены наряду с другими особенностями двигателя внутреннего сгорания по изобретению.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере одна головка блока цилиндров системы жидкостного охлаждения оснащена водяной рубашкой.
Выделяемая за счет экзотермических химических реакций в процессе сгорания топлива тепловая энергия частично передается через примыкающие к камере сгорания перегородки к головке блока цилиндров и блоку цилиндров, и частично с потоком отработанных газов на соседние конструктивные элементы и прочее окружение. Для того чтобы держать термическую нагрузку головки блока цилиндров в определенных пределах, необходимо повторно отводить часть поступающего на нее теплового потока.
Благодаря высокой теплоемкости жидкости можно отводить большое количество тепла. Для нейтрализации тепловая энергия не должна сначала отводиться на поверхность головки блока цилиндров, как это происходит при воздушном охлаждении, а подаваться уже внутри головки блока цилиндров на охладитель, как правило, воду с добавками.
Жидкостное охлаждение, а именно, система жидкостного охлаждения головки блока цилиндров, требует оснащения головки блока цилиндров водяной рубашкой, то есть размещения охлаждающих каналов, проводящих хладагент через головку блока цилиндров. Хладагент при этом подается с помощью насоса, встроенного в контур охлаждения. Таким образом, сообщаемая хладагенту тепловая энергия отводится изнутри головки блока цилиндров и снова возвращается в теплообменник, и при необходимости используется для разогрева моторного масла в период прогрева двигателя.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых блок цилиндров оснащен водяной рубашкой с целью формирования системы жидкостного охлаждения. Все вышеописанное относительно жидкостного охлаждения головки блока цилиндров, также относится к реализации данного варианта.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере одна головка блока цилиндров имеет по меньшей мере два цилиндра, каждый из которых имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие для отвода выхлопных газов и выхлопной трубопровод, присоединенный к каждому выпускному отверстию, причем выхлопные трубопроводы, идущие от по меньшей мере двух цилиндров, образуют общий выпускной трубопровод, формирующий интегрированный выпускной коллектор внутри по меньшей мере одной головки блока цилиндров.
Интегрированный в головку блока цилиндров выпускной коллектор обладает большими преимуществами. После прохождения коллектора выхлопные газы обычно доставляются к турбине турбокомпрессора и/или к одной или нескольким системам нейтрализации выхлопных газов. Обычно стремятся расположить турбину как можно ближе к выпускным отверстиям цилиндров, чтобы таким образом иметь возможность оптимально использовать энтальпию горячих выхлопных газов, которая в значительной степени определяется их давлением и температурой, и обеспечить быстрое срабатывание турбокомпрессора. С другой стороны, путь выхлопных газов к различным системам нейтрализации должен быть максимально коротким для того, чтобы выхлопные газы не успели охладиться, а системы нейтрализации выхлопных газов максимально быстро могли достичь рабочей температуры, либо точки начала температурного скачка, особенно после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.
По ранее указанным причинам основной целью является сократить тепловую инерцию части выпускного газопровода между выпускным отверстием цилиндра и системой нейтрализации газов или между выпускным отверстием цилиндра и турбиной, что может быть достигнуто за счет сокращения массы и длины данной части трубопровода.
Для достижения обозначенных целей выхлопные трубопроводы предпочтительно объединяют внутри головки блока цилиндров. Это позволяет сделать конструктивное расположение энергетического узла максимально компактным.
Для создания двигателя внутреннего сгорания описанного типа могут также использоваться головки блока цилиндров, например, с четырьмя расположенными в ряд цилиндрами, в которой выхлопные трубопроводы внешних и внутренних цилиндров объединяются в общий выхлопной трубопровод. Предпочтительными являются варианты, в которых выхлопные трубопроводы всех цилиндров по меньшей мере одной головки блока цилиндров образуют единый общий выхлопной трубопровод внутри головки блока цилиндров.
Головка блока цилиндров с интегрированным выпускным коллектором испытывает более высокую термическую нагрузку, чем обычная головка блока цилиндров, оснащенная внешним коллектором, и поэтому предъявляет более высокие требования к охлаждению, отчего, в частности, при использовании головки блока цилиндров со встроенным выпускным коллектором предпочтительным является жидкостное охлаждение.
Принимая во внимание поставленную задачу, объединение коллектора способствует дальнейшему сокращению мощности трения двигателя внутреннего сгорания, поскольку, в частности, в период прогрева после холодного пуска двигателя внутреннего сгорания головка блока цилиндров со встроенным коллектором быстрее достигает более высоких температур, чем обычная головка блока цилиндров с внешним коллектором.
Вследствие этого предпочтительным с точки зрения максимально быстрого прогрева подаваемого через головку блока цилиндров моторного масла после холодного запуска является вариант со встроенным в головку блока цилиндров коллектором.
Жидкостное охлаждение головки блока цилиндров положительно влияет на ограничение повышения температуры масла и даже при необходимости может препятствовать разогреву масла в период прогрева двигателя.
Предпочтительными являются варианты двигателя внутреннего сгорания, в которых ниже по потоку насоса и выше по потоку первой расположенной в масляном контуре точки потребления или узла в питающем трубопроводе предусмотрен фильтр. Фильтр удерживает частицы, которые могут образоваться, к примеру, при истирании подвижных деталей и которые могут представлять опасность для работоспособности расположенных в масляном контуре точек потребления и узлов.
Предпочтительными являются варианты, в которых в системе питающего трубопровода предусмотрен масляный радиатор, предпочтительно расположенный ниже по потоку насоса и выше по потоку первой точке потребления в масляном контуре.
Как уже было упомянуто вначале, масло охлаждается с помощью воздушного охлаждения в масляной ванне, которая для улучшения отвода тепловой энергии оснащена ребрами охлаждения для увеличения площади поверхности. Основной отвод тепла осуществляется с помощью конвекции посредством проходящего через ванну воздушного потока, возникающего при движении автомобиля. При необходимости теплопередача поддерживается вентилятором с помощью конвекции. Выбор используемого для производства масляной ванны материала может осуществляться с учетом его теплоотводящих качеств.
В обсуждаемом варианте масляный контур оснащен масляным радиатором. С помощью масляного радиатора от масла может отводиться большое количество тепла, при этом масляный радиатор как таковой забирает тепло у масла за счет воздушного или жидкостного охлаждения.
Наконец, предпочтительно использовать при эксплуатации устройства масляный радиатор, работающий на основе хладагента, который будет поглощать тепло масла при использовании охлаждающего средства жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, являясь, таким образом, примером масляного радиатора с жидкостным охлаждением.
Для подачи масла к масляному радиатору из контура охлаждения двигателя внутреннего сгорания выделяется хладагент, который подается на масляный радиатор, который, в свою очередь, охлаждает масло.
Охлаждение моторного масла во время прогрева двигателя внутреннего сгорания противоположно цели сокращения потерь при трения за счет максимально быстрого прогрева масла, когда масляный радиатор должен включаться только в случае необходимости и, как правило, не во время прогрева двигателя. Тем не менее, в отдельных случаях, когда хладагент в период прогрева нагревается быстрее, чем моторное масло, может быть целесообразным использовать масляный радиатор не по его назначению (для нагрева масла).
Предпочтительными являются варианты двигателя внутреннего сгорания, в которых предусмотрен обводной трубопровод, который ответвляется от питающего трубопровода ниже по потоку насоса и вливается во всасывающий трубопровод выше по потоку насоса, и в котором предусмотрен предохранительный клапан. Обводной трубопровод вместе с предохранительным клапаном предназначены для ограничения давления масла в масляном контуре.
Вследствие того, что обводной трубопровод ответвляется непосредственно после насоса, давление масла на выходе из насоса, где открывается предохранительный клапан, может регулироваться с достаточно большой точностью.
Краткое описание чертежей
Далее следует более подробное описание изобретения с помощью примера варианта выполнения двигателя внутреннего сгорания в соответствии с Фиг.1.
На Фиг.1 схематически показан масляный контур одного из вариантов выполнения двигателя внутреннего сгорания. Осуществление изобретения
На Фиг.1 схематически показан масляный контур 1 одного из вариантов выполнения двигателя внутреннего сгорания.
Масляный контур 1 содержит головку масляный контур 1а головки блока цилиндров, масляный контур 1b блока цилиндров и масляную ванну 1с для сбора и хранения моторного масла.
Для подачи моторного масла по масляному контуру 1 предусмотрен насос 2, причем всасывающий трубопровод 3 идет от масляной ванны 1 с к насосу 2, обеспечивая насос 2 поступающим из масляной ванны 1 с моторным маслом.
Насос 2 подает масло через питающий трубопровод 4 к расположенной в масляном контуре 1 точке потребления 5. При этом масло проходит сначала через расположенный ниже по потоку насоса 2 масляный фильтр 6, а также расположенный ниже по потоку фильтра 6 масляный радиатор охлаждения 7, который во время прогрева двигателя как правило отключен.
Питающий трубопровод 4 проходит через устройство 12, которое служит для механического повышения трения моторного масла и расположено между первой точкой потребления 5 и насосом 2. Устройство 12 оснащено неподвижным статором 12а и вращающимся ротором 12b, которые расположены друг напротив друга. За счет движения ротора 12b в моторном масле появляются завихрения, кинетическая энергия которых за счет трения преобразуется в тепловую. Это приводит к повышению температуры масла.
Ниже по потоку устройства 12 разогретое масло поступает через питающий трубопровод 4 в главную масляную магистраль 8, от которой к пяти главным подшипникам 9а коленчатого вала и четырем шатунным подшипникам 9 со стороны коленчатого вала 9, идут каналы 8а, снабжающие их маслом.
От расположенной в блоке цилиндров главной масляной магистрали 8 к масляному контуру головки блока цилиндров 1а идет питающий трубопровод 4, обеспечивающий снабжение маслом подшипников 10а, 11а двух опор 10, 11 распределительного вала и следующей точки потребления 5.
От одного из двух впускных кулачковых валов 10 и главной масляной магистрали 8 отходят возвратные линии 13, которые под воздействием силы тяжести возвращают моторное масло обратно в масляную ванну 1 с после того, как оно прошло через точку потребления 5.
Управление двигателем внутреннего сгорания и компонентами масляного контура 1 осуществляется с помощью регуляторов 14 двигателя.
Список ссылочных позиций
1 Масляный контур
1а Масляный контур головки блока цилиндров
1b Масляный контур блока цилиндров
1с Масляная ванна
2 Насос
3 Всасывающий трубопровод
4 Питающий трубопровод
5 Точка потребления
6 Фильтр
7 Масляный радиатор
8 Главная масляная магистраль 8а Каналы
9 Шатунный подшипник коленчатого вала
9а Подшипник коленчатого вала, коренной подшипник
10 Опора распределительного вала
10а Подшипник опоры распределительного вала
11 Опора распределительного вала
11а Подшипник опоры распределительного вала
12 Устройство
12а Статор
12b Ротор
13 Линия возврата масла
14 Регуляторы двигателя