Автономная система подачи масла в двигатель внутреннего сгорания и турбокомпрессор
SELF-CONTAINED OIL SUPPLY SYSTEM TO INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND TURBO COMPRESSOR

Известно, что запуск двигателя внутреннего сгорания после продолжительного простоя либо в период отрицательных температур связан с повышенным изнашиванием его сопрягаемых деталей. Повышенное изнашивание трущихся элементов при запуске обусловлено незначительной задержкой поступления моторного масла из поддона двигателя к сопряженным деталям, что вызывает кратковременное масляное голодание.
Из известных заявителю опубликованных источников к наиболее конкретным конструктивным решениям, направленным на сокращение времени масляного голодания двигателя при его запуске, относятся системы принудительной предпусковой прокачки с механическим приводом маслозакачивающего насоса у трактора ДТ-175 и с электрическим приводом у трактора ДЭТ-250 (см. соответственно: "Трактор ДТ-175С". Под ред. Я.Ф. Ракитина. М., ВО "Агропромиздат", 1988, и "Трактор ДЭТ-250 и его модификации". Под ред. А.С.Писаревского. М., "Машиностроение", 1975), а также система, имеющая электрический привод принудительной предпусковой прокачки с ручным управлением трактора К-701 (см. "Двигатель ЯМЗ-240 и его модификации". Под ред. Г.Д. Чернышева, М., "Машиностроение", 1972, стр. 62-66, стр. 34).
Известно «Устройство для предпусковой смазки двигателя внутреннего сгорания» по патенту РФ на полезную модель №88737, МПК F01M 1/02, 2009. Известная система имеет следующие недостатки по мнению заявителя. Алгоритм работы маслозакачивающего насоса и нагревательного элемента можно считать неудачным, поскольку в данном случае при внедрении устройства решающую роль будет играть емкость аккумуляторной батареи, ресурсы которой расходоваться будут в первую очередь на нагрев масла, а в период пуска двигателя в условиях отрицательных температур нагревание прокачиваемого масла может занять продолжительный период времени; в случае запуска прогретого двигателя критерием закачки масла в масляную магистраль двигателя является только время работы насоса предварительной закачки, а не давление масла в системе смазки. При этом остается не понятным назначение реле давления и датчика давления масла и их функции в предварительном прокачивании масла, если отключение насоса происходит исключительно после истечения определенного времени работы.
Известно, что в двигателях внутреннего сгорания устанавливаются турбокомпрессоры, служащие для повышения мощности и расширения эксплуатационных возможностей транспортного средства. Конструктивной особенностью турбокомпрессоров является то, что привод компрессора происходит от выхлопных газов, при этом крыльчатки имеют общий вал и подшипниковую втулку (подшипник скольжения), смазка и охлаждение которой осуществляется моторным маслом, подаваемым масляным насосом штатной системы смазки двигателя. Недостатком конструкции турбокомпрессора является то, что подача масла в турбокомпрессор осуществляется от действующего масляного насоса двигателя, т.е. пока работает двигатель внутреннего сгорания происходит смазывание и охлаждение вала турбокомпрессора и его подшипникового узла. Под воздействием высоких температур сразу после останова двигателя в условиях недостаточной смазки и охлаждения происходит разрушение втулки (подшипника скольжения), выполненного, как правило, из сплавов цветных металлов. Для предотвращения выхода из строя подшипникового узла турбокомпрессора двигатели, оснащенные им, в течение некоторого периода времени после продолжительной работы под нагрузкой, не останавливают, переводят его на режим холостого хода, тем самым обеспечивая охлаждение вала турбокомпрессора и втулки (подшипника скольжения). Однако такой способ не эффективен, так как вызывает повышенное потребление топлива и выбросы вредных веществ с отработавшими газами.
Известно «Устройство подачи масла в турбокомпрессор с постоянным давлением, подогревом и очисткой» по патенту РФ на полезную модель №130644, МПК F04D 29/063, 2013. Известная система имеет следующие недостатки по мнению заявителя. Система имеет возможность прокачки масла только для турбокомпрессора, продолжительность работы маслоподкачивающего насоса определяется только временем работы, а не температурным состоянием турбокомпрессора, отсутствует возможность прокачивания моторного масла в систему смазки перед запуском двигателя внутреннего сгорания.
Перед заявленным техническим решением была поставлена задача устранить вышеуказанные недостатки.
Повышение надежности работы современных двигателей внутреннего сгорания с турбокомпрессором относится к актуальным эксплуатационным задачам и зависит, в том числе, от эффективности системы смазки двигателя при его пуске, а также в послеостановочный период, т.е. период времени, когда прекращается подача топлива и происходит прекращение вращения коленчатого вала.
Задачей изобретения является обеспечение подачи моторного масла в систему смазки двигателя внутреннего сгорания как перед его запуском, так и поступление моторного масла к турбокомпрессору после останова двигателя, при этом режим подачи моторного масла в штатную систему смазки двигателя перед его запуском и режим подачи моторного масла в турбокомпрессор осуществляются независимо друг от друга либо совместно, а управление режимами работы осуществляется программируемым блоком управления.
Технический результат использования изобретения - обеспечение поступления моторного масла к трущимся элементам двигателя внутреннего сгорания перед запуском для снижения пусковых износов, а также охлаждение вала турбокомпрессора после останова двигателя, общее снижение теплонапряженности узлов двигателя после его останова, что в целом позволит увеличить ресурс двигателя. Технический результат достигается установкой автономного маслозакачивающего насоса, дополнительного датчика температуры и давления масла, монтируемых на маслозакачивающем трубопроводе автономного маслозакачивающего насоса, при этом главная масляная магистраль двигателя внутреннего сгорания и штатная линия подачи масла к турбокомпрессору соединяются с линией автономной подачи масла через обратные клапана, а потоки предварительно нагнетаемого масла регулируются электроклапанами, которые смонтированы на линии подачи масла в главную масляную магистраль и на линии подачи масла к валу турбокомпрессора, управление электроклапанами и продолжительностью работы автономного маслозакачивающего насоса осуществляется блоком управления.
Предлагается автономная система подачи масла в двигатель внутреннего сгорания и турбокомпрессор, которая способна как в предпусковой период, так и в период после останова двигателя внутреннего сгорания обеспечивать поступление моторного масла к трущимся деталям, поясняется чертежом (фиг. 1). Предлагаемая система состоит из:
1 - картер масляный;
2 - маслоприемник;
3 - штатный масляный насос;
4 - фильтр масляный;
5 - перепускной клапан;
6 - теплообменник жидкостно-масляный (при его наличии в конструкции двигателя);
7 - фильтр масляный;
8 - указатель давления масла;
9 - датчик аварийного давления масла;
10 - форсунки охлаждения поршней (при их наличии в конструкции двигателя);
11 - вал коленчатый;
12 - вал распределительный;
13 - масляный канал оси коромысел;
14 - шестерня промежуточная;
15 - турбокомпрессор;
16 - компрессор воздушный (при его наличии в конструкции двигателя);
17 - топливный насос высокого давления;
18 - клапан предохранительный;
19 - пробка для слива масла;
20 - клапан перепускной фильтрующего элемента;
21 - главная масляная магистраль;
22 - электрический стартер;
23 - маслозакачивающий трубопровод;
24 - маслозаборный штуцер;
25 - датчик температуры масла;
26 - автономный маслозакачивающий насос;
27 - электродвигатель маслозакачивающего насоса;
28 - аккумуляторная батарея;
29 - блок управления автономной маслопрокачкой;
30 - датчик давления масла;
31 - электроклапан подачи масла в двигатель;
32 - электроклапан подачи масла в турбокомпрессор;
33 - обратный клапан турбокомпрессора;
34 - обратный клапан предпусковой подачи масла в двигатель;
35 - нагнетательный трубопровод.
Система автономного маслоснабжения содержит автономный маслозакачивающий насос 26, механически связанный с электродвигателем маслозакачивающего насоса 27, подключенным к бортовой аккумуляторной батареи 28. Маслозакачивающий трубопровод 23 посредством резьбового соединения с помощью маслозаборного штуцера 24 соединен с маслосливным отверстием картера 1 двигателя внутреннего сгорания. Нагнетательный трубопровод 35 соединен с главной масляной магистралью 21 двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан предпусковой подачи масла в двигатель 34.
Система работает следующим образом.
Блок управления 29 автономным маслозакачивающим насосом 26, подключенный к аккумулятору 28, имеет связь с датчиком давления масла 30 и с датчиком температуры масла 25, а также управляет электроклапанами подачи масла в двигатель 31 и в турбокомпрессор 32.
Перед пуском двигателя внутреннего сгорания при включении замка зажигания (не показано на схеме), от аккумуляторной батареи 28 через блок управления 29 подается электрический сигнал, обеспечивающий включение автономного маслозакачивающего насоса 26 посредством электродвигателя маслозакачивающего насоса 27. Одновременно блок управления 29 открывает электроклапан 31 обеспечивая поступление нагнетаемого масла в двигатель, при этом электроклапан 32 находится в закрытом положении.
Создаваемое давление моторного масла автономным маслозакачивающим насосом 26, поступает в нагнетательный трубопровод 35, далее проходя открытый электроклапан 31 и обратный клапан 34 поступает в главную масляную магистраль 21 двигателя внутреннего сгорания и распределяется по узлам и компонентам двигателя. Одновременно с поступлением масла в главную масляную магистраль 21 по штатной линии подачи масла двигателя внутреннего сгорания давление масла распределяется на ось турбокомпрессора, проходя через обратный клапан 33, при этом электроклапан подачи масла на турбокомпрессор 32 находится в закрытом положении, что обеспечивает предварительную подачу масла через ось турбокомпрессора от штатной системы смазки двигателя.
При нагнетании масла в главную масляную магистраль 21 двигателя внутреннего сгорания оно проходит предварительную очистку в фильтрующих элементах 4 и 7, и далее движется согласно принятой конструкции двигателя. Количество узлов и агрегатов, подвергаемых предварительному смазыванию, зависит от конструктивных особенностей двигателя, на котором применяется система автономной подачи масла и может варьироваться. Моторное масло, поданное в систему смазки двигателя внутреннего сгорания автономным маслозакачивающим насосом 26, после прохождения узла или агрегата вытекает в поддон 1 двигателя и повторно засасывается автономным маслозакачивающим насосом 26.
Продолжительность предпусковой предварительной прокачки моторного масла зависит от первоначальных условий запуска и оценивается блоком управления 29 на основании показаний датчика температуры масла 25 и определяется программированием блока управления 29. По истечению заданного условия предпусковой прокачки масла (например, достижения заданного давления масла на основании показании датчика давления 30 или определенного времени работы) происходит отключение автономного маслозакачивающего насоса 26, и осуществляется запуск стартера 22 двигателя внутреннего сгорания посредством команды от блока управления 29.
После запуска двигателя внутреннего сгорания штатный масляный насос 3 начинает нагнетать моторное масло в систему смазки. При этом для исключения попадания масла в систему автономной подачи масла имеется обратный клапан 34, при этом электроклапан 31 подачи масла в двигатель и электроклапан 32 подачи масла к турбокомпрессору находятся в закрытом состоянии.
После продолжительной работы под нагрузкой двигателя внутреннего сгорания и его последующего останова блок управления 29 осуществляет запуск автономного маслозакачивающего насоса 26, при этом закрывая электроклапан 31 подачи масла в двигатель и открывая электроклапан 32 подачи масла к турбокомпрессору, тем самым обеспечивая охлаждение вала турбокомпрессора, в тоже время обратный клапан 33 не позволяет подаваемому маслу поступать в штатную линию подачи масла двигателя, тем самым обеспечивая наиболее эффективное охлаждение вала турбокомпрессора.
Продолжительность прокачки моторного масла после останова двигателя внутреннего сгорания зависит от температурных условий и оценивается блоком управления 29 на основании показаний датчика температуры масла 25. По истечению заданного условия прокачки масла после останова двигателя внутреннего сгорания (например, достижения заданного значения температуры масла на основании показании датчика температуры 25 или определенного времени работы) происходит отключение автономного маслозакачивающего насоса 26.
Заявленное устройство целесообразно применять на высокофорсированных двигателях внутреннего сгорания вне зависимости от вида применяемого топлива, способа зажигания и назначения.