УЗЕЛ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ВОДЯНОГО НАСОСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в двигателях с жидкостным охлаждением.
Известна конструкция узла герметизации насоса системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, которая подробно описана в патенте России на изобретение №2102610, публ. 20.01.98 г., состоящая из установленного в корпус водяного насоса кольца скольжения и плотно контактирующего с торцом ступицы крыльчатки. Аналогичные конструкции защищены свидетельствами на полезную модель России: №9262 МПК 6 F01Р 5/10, 1999 г.. №26603 МПК 7 F02М 59/00, 2002 г.. Во всех рассмотренных выше насосах системы охлаждения ДВС ответная часть узла герметизации выполнена из чугуна, что не позволяло получить низкую шероховатость контактируемой поверхности, и тем самым, увеличивает износ кольца скольжения.
Из патента России №2162170 на изобретение известна относящаяся к области двигателестроения и использующаяся в качестве сальника водяного насоса ДВС втулка комбинированная, состоящая из из упругого корпуса, содержащего кольцевое углубление для установки в нем графитизированного кольца и оппозитно расположенную внутреннюю полость, ограниченную кольцевым слоем резиновой смеси, снабженного кольцевыми рифлениями, служащими для герметичного соединения с корпусом водяного насоса. Согласно изобретению втулка комбинированная содержит подложку, имеющую облойный слой и внутренние криволинейные выступы, и переходную перемычку, а также снабжена двумя независимо расположенными элементами армирования, один из которых является элементом осевой и радиальной поверхностей подложки, при этом переходная перемычка имеет равномерное увеличение размера от подложки к другому элементу армирования, во внутренней полости размещена пружина сжатия, имеющая усеченный профиль и неравномерный шаг спирали. В результате расширяются технологические и эксплуатационные возможности устройства.
Из патента России №2215219 на изобретение известна конструкция сальника патронного типа для водяного насоса ДВС. В данном случае сальник
патронного типа для водяного насоса состоит из упругого резинового элемента, наружного металлического армирующего кольца, внутреннего металлического армирующего кольца, конической пружины, уплотнительной прокладки неподвижного графитового кольца. Отличительной особенностью рассматриваемой конструкции является то, что сальник снабжен металлическим патроном с возможностью установки узловым способом, содержащим кольцо-фиксатор, вращающееся упорное кольцо, выполненное с канавкой, установленное через уплотнительную прокладку, а между внешним торцом металлического патрона сальника, содержащим импеллер, и торцом крыльчатки выполнен зазор. Упругая установка колец пары трения осуществляется с определенным натягом и предотвращает проворачивание колец при работе.
Из патента России №55912 на полезную модель известен узел герметизации водяного насоса ДВС, который состоит из установленных на вал насоса корпуса в виде стакана и графитового кольца скольжения, которое подпружинено в осевом направлении и имеющее уплотнительный элемент из эластичного материала. Дополнительно узел имеет керамическую втулку, плотно контактирующую с графитовым кольцом скольжения, образуя торцевое уплотнение, а также с валом через уплотнительный элемент, плотно прилегающий к валу насоса и охватывающий торцевую поверхность керамической втулки. Такой конструктивный прием позволил улучшить условия работы узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.
К наиболее близким по своей технической сути и достигаемому положительному эффекту можно отнести конструкции узлов герметизации, опубликованные в патентах:
- ЕР 0261082, патентообладатель "MECCANOTECNICA UMBRA", Италия, опубликован 23.03.88. Этот узел герметизации длительное время использовался в составе водяных насосов автомобилей ВА3-2101 "Жигули";
- США №5797602, опубликован 25.08.98;
- США №6568687, опубликован 27.05.03.
В зарубежных аналогах представлены дорогостоящие и сложные по конструкции изделия.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбран узел герметизации насоса жидкостной замкнутой системы охлаждения ДВС, см. Игнатов А.П. и др. «Руководство по ремонту автомобилей ВАЗ 2108, 2109, АВТОВАЗ, Тольятти, 1990 г., с.39, рис 2.71, (см. приложение к графической части
заявки) содержащий, в частности, корпус, в котором установлены пружина, графитовое кольцо скольжения, подпружиненнное в осевом направлении и уплотнительный элемент из эластичного материала. При этом в рабочем положении графитовое кольцо плотно контактирует с торцом ступицы крыльчатки. Таким образом, торец ступицы крыльчатки является составной частью узла герметизации, который в рабочем состоянии имеет высокую температуру и повышенное давление на кольцо скольжения.
В процессе эксплуатации насосов с названным узлом герметизации были выявлены следующие его конструктивные и эксплуатационные недостатки. При разряжении в полости нагнетания насоса, величина которого достигает критического значения, что имеет место, например, при вакуумной заправке системы охлаждения антифризом, в контакте возникает горизонтальная нагрузка, превышающая осевую, в результате чего происходит разгерметизация уплотнения. Также следует отметить и ограниченные возможности подбора оптимальных антифрикционных материалов деталей пары трения - графитового кольца скольжения (неподвижного элемента) и торца крыльчатки (подвижного элемента), т.к. в силу функциональных признаков материал крыльчатки должен в данном случае отвечать требованиям по надежности. Следует также отметить и то, что надежность деталей названной пары трения в конструкции прототипа не отвечает современным требованиям, предъявляемым к насосам. В частности, ресурс насоса с уплотнением по прототипу составляет 160000 км пробега автомобиля, а в соответствии с современными требованиями ресурс должен составлять 240000 км. Как показали испытания, реальный ресурс работы насоса с уплотнением по прототипу составляет 80...120 тыс.км пробега автомобиля. И повысить ресурс известной конструкции практически невозможно, по причинам уже сказанным выше.
Решение технической задачи предполагает, путем внесения в конструкцию узла герметизации известного насоса конструктивных изменений, улучшить условия работы узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.
Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы узла герметизации.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном узле герметизации водяного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, в котором коаксиально и последовательно установлены подпружиненный упругий элемент, неподвижный кольцевой фрикционный элемент и подвижный
фрикционный кольцевой элемент, узел дополнительно содержит коаксиально расположенные в корпусе уплотнительный элемент и охватывающую цилиндрическое основание корпуса втулку, при этом опорные торцы упругого элемента в поперечном сечении имеют форму уголка, а упорные части опорных торцов соответственно находятся в контакте с корпусом и неподвижным кольцевым фрикционным элементом, который в свою очередь контактирует с подвижным фрикционным кольцевым элементом, смонтированном через уплотнительный элемент в охватывающей цилиндрическое основание корпуса втулке, на внешней стенке которой, расположенной вдоль оси корпуса уплотнения, сформирована рабочая герметизирующая поверхность.
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». При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного технологического оборудования и современных материалов.
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:
На фиг.1 показано осевое сечение одного из возможных конструктивных вариантов предлагаемого узла герметизации водяного насоса,
На фиг.2 показано осевое сечение еще одного из возможных конструктивных вариантов предлагаемого узла герметизации водяного насоса,
На фиг.3 показана компоновка заявляемого узла герметизации в составе водяного насоса ДВС.
Узел герметизации водяного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус 1, в котором коаксиально и последовательно установлены подпружиненный упругий элемент 2, неподвижный кольцевой фрикционный элемент 3 и подвижный фрикционный кольцевой элемент 4. Узел дополнительно содержит коаксиально расположенные в корпусе 1 уплотнительный элемент 5 и охватывающую цилиндрическое основание 6 корпуса втулку 7. Опорные торцы 8 и 9 упругого элемента 2 в поперечном сечении имеют форму уголка, а
соответствующие упорные части 10 и 11 опорных торцов находятся в контакте с корпусом 1 и неподвижным кольцевым фрикционным элементом 3, который в свою очередь контактирует с подвижным фрикционным кольцевым элементом 4, смонтированном через уплотнительный элемент 5 в охватывающей цилиндрическое основание 6 корпуса втулке 7, на внешней стенке 12 которой, расположенной вдоль оси корпуса уплотнения, сформирована рабочая герметизирующая поверхность.
На фиг.3, для пояснения динамики узла герметизации, показаны:
поз.13 - крыльчатка,
поз.14 - корпус насоса,
поз.15 - приводной вал,
поз.16 - подшипниковый узел,
поз.17 - канал связи полости насоса с окружающей средой (атмосферой).
Работает узел герметизации в составе водяного насоса обычным образом.
Вакуумная изоляция полости нагнетания охлаждающей жидкости -А- от полости окружающей среды -Б- осуществляется за счет плотного контакта торца 11 упругого элемента 2 и корпуса 1, торца 10 упругого элемента 2 и неподвижного кольцевого фрикционного элемента 3, противоположного торца элемента 3 с торцем подвижного фрикционного кольцевого элемента 4, последнего с уплотнительным элементом 5, втулкой 7 и поверхности 12 с валом (на чертеже не показан) водяного насоса.
В данной полезной модели проблема разгерметизации опорных торцев 8 и 9 упругого элемента решена путем изменения их формы на Г-образную (уголок в поперечном сечении), в отличии от плоской, что имеет место в прототипе, и размещения коаксиально расположенных кольцевых элементов 3 и 4 в рабочей полости нагнетения насоса. Как показали испытания образцов полезной модели, в узле герметизации при разряжении в рабочей полости нагнетания равном 0,097 Мпа, что соответствует современным требованиям, предъявляемым к аналогичным насосам, разгерметизация торцового уплотнения упругого элемента 2 не отмечается.
В рассмотренной полезной модели подвижный фрикционный кольцевой элемент 4 располагается автономно от крыльчатки насоса, что позволяет оптимизировать материалы деталей пары трения по антифрикционным показателям.
Конкретная иллюстрация эффективности использования заявленного технического решения, описанного выше, является по своему характеру лишь частным примером и не ограничивает притязания заявляемой полезной модели, объем которой определяется формулой полезной модели. Для технических специалистов работающих в данной области техники станут очевидными другие возможные конкретные варианты осуществления заявляемого устройства, которые будут находиться в рамках объема притязаний настоящей полезной модели.