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. F01P 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 F01P 5/10, публ. 20.01.98, БИ № 2. Насос содержит, в частности, 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.
Аналогичные конструкции насосов защищены свидетельствами на полезную модель России:
- № 9262, МПК6 F01P 5/10, 1999;
- № 26603, МПК7 F02M 59/00, 2002;
- № 36464, МПК7 F04D 29/00, 2004.
Или патентом России № 2234621, МПК7 F04D 29/00, публ. 2004.
Во всех рассмотренных выше насосах для системы охлаждения ДВС крыльчатка изготавливается методом литья под давлением из полимерных материалов - полиамида или полипропилена. В пластмассовую часть крыльчатки заливается металлическая втулка, выполняющая функцию ступицы.
Этот же технический прием использован и в прототипе предлагаемой полезной модели, которым 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, содержащий, в частности, 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.
Практика производства известных насосов и их эксплуатации выявили, по крайней мере, два нежелательных момента технический и экономический.
Во-первых, для обеспечения необходимой механической прочности пластмассовой крыльчатки ее пластмассовая часть должна иметь достаточно большую толщину, что отрицательно влияет на расходно-напорные характеристики насоса. Кроме того, наличие сплошного дискового корпуса крыльчатки, при работе насоса обуславливает в полости между тыльной стороной крыльчатки и сальником повышенное давление, что вызывает значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, и снижает его ресурс. Для исключения этого нежелательного явления приходится значительно усложнять конструкцию крыльчатки, например, путем введения дополнительных разгрузочных лопастей на тыльной стороне, перфорирования сплошного диска корпуса крыльчатки дренажными каналами и пр.
Во-вторых, применяемые полимерные, материалы из которых формообразуется крыльчатка (полиамид, полипропилен) являются очень дорогими, что приводит к высокой себестоимости готовых изделий.
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, упростить и удешевить продукцию.
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, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения и снабженной монтажной ступицей крыльчаткой, ступица и крыльчатка выполнены в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона крыльчатки выполнена плоской, при этом ступица выполнена в виде трубчатой отбортовки, имеющей длину не менее половины высоты лопатки крыльчатки и внутренний диаметр, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса.
Трубчатой отбортовка, в зависимости от конкретного конструктивного исполнения насоса может быть сориентирована в направлении рабочей всасывающей полости насоса (это, например, приемлемо для всех переднеприводных автомобилей Волжского автозавода, г. Тольятти), либо она может быть сориентирована в сторону противоположную всасывающей полости (этот вариант, в частности, приемлем для всех классических автомобилей Волжского автозавода, г. Тольятти).
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 заявляемый водяной насос, вид на крыльчатку,
фиг.2 показано сечение А-А насоса по фиг.1,
Вариант водяного насоса, предполагаемого к производству для всех переднеприводных автомобилей ОАО "АВТОВАЗ" (г. Тольятти), представленный на фиг.1 и 2, содержит корпус 1 с присоединительным фланцем 2, вал 3 насоса с установленными на нем, подшипниковым узлом 4, узлом уплотнения 5 и снабженной монтажной ступицей 6 крыльчаткой 7. Ступица 6 и крыльчатка 7 выполнены в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток 8 крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона 9 крыльчатки выполнена плоской. Ступица 6 выполнена в виде трубчатой отбортовки, сориентированной в направлении рабочей всасывающей полости -Б-насоса и имеющей длину -L- не менее половины высоты -Н- лопатки крыльчатки и внутренний диаметр -D-, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса.
Работает насос обычным образом. Корпус 1 водяного насоса (фиг.1) закреплен на блоке цилиндров ДВС (не показан). Крутящий момент от коленчатого вала ДВС передается посредством зубчатого шкива на вал 3 водяного насоса. При вращении крыльчатки 7 охлаждающая жидкость под действием центробежных сил нагнетается рабочими лопатками 8 из полости с
низким давлением в полость с высоким давлением и далее в систему жидкостного охлаждения ДВС.
Изготовленная методом штамповки крыльчатка представляет собой легкую, простую в изготовлении и недорогую деталь. Прямое сообщение рабочей всасывающей полости -Б- насоса с полостью за лопастями крыльчатки через межлопастное пространство крыльчатки исключает осевую нагрузку на подшипниковый узел 4, что повышает его работоспособность. Примерные расчеты затрат на изготовление предлагаемой крыльчатки показывают, что они значительно меньше, чем затраты на изготовление прототипа. Кроме того, материал металлической крыльчатки более стоек к химически активному хладагенту, например, "Тосолу", применяемому в системах охлаждения ДВС легковых автомобилей, в сравнении с материалом прототипа.
Опытные образцы конструктивного исполнения насоса на переднеприводных автомобилях производства ОАО "АВТОВАЗ" показали высокую эффективность предложенного конструктивного решения.
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.