Система охлаждения масляного двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом

 

Технический результат: повышение эффективности охлаждения, достижение компактности двигателя с системой охлаждения и уменьшение габаритных размеров двигателя. Система содержит масляную емкость, шестеренчатые масляные насосы, редукционный клапан, магистрали, каналы в штоках для подачи масла в поршни и его возврата, теплообменник, термостат. В месте соединения штока через подшипник с шейкой коленвала предусмотрено кольцо распределения подачи масла по штокам, которое разделено на два полукольца перегородкой, а коленвал при вращении управляет подачей масла на охлаждение, которое проходит по каналам. Масляные насосы закреплены в рабочем валу с каждого торца, привод насосов осуществляется шестернями наружного зацепления, при этом ведущие шестерни закреплены в коленвалу, а шестерни привода масляных насосов имеют эксцентрично расположенные противовесы. Масляные насосы могут быть встроены в коленчатые валы, имеющие эксцентричные грузы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и касается регулирования теплового состояния поршней со штоками, устройства подачи смазки на стенку цилиндра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с бесшатунным механизмом.

Известна система охлаждения ДВС (см. а.с. СССР №853128, кл. F 01 Р 7/14, опубл. 1981 г.), содержащая магистраль и форсунки для подачи масла на внутреннюю поверхность поршней, подключенную к масляному насосу двигателя через жидкостно-масляный теплообменник и управляемый клапан, включаемый с помощью чувствительного элемента теплового состояния поршней. Система содержит предпусковой подогреватель, клапан ИЛИ, сообщающий жидкостную полость теплообменника с насосом системы охлаждения двигателя и с насосом подогревателя. Система также снабжена дополнительным масляным насосом с автономным приводом. К насосу через обратный клапан подключена масляная полость теплообменника, соединенная с магистралью, к которой насос подключен между управляемым клапаном и теплообменником.

Известно устройство для подачи смазки на стенку цилиндра ДВС с масляным охлаждением (а.с. СССР №117289, F 02 F 1/20, 1959). В этом устройстве автоматическая дозированная подача масла производится из полости масляного охлаждения в канавку поршневого кольца посредством ввернутой в стенку поршня гильзы под действием сил инерции упругости пружины, периодически открывающей масляной канал, соединяющий внутреннюю полость поршня с полостью канавки одного из поршневых колец.

Кроме того, известно устройство для смазки шатунных подшипников коленчатого вала, например звездообразных авиационных моторов, с использованием подвижных вместе с кривошипно-шатунным механизмом плунжерных смазочных насосов, которые находятся внутри шатунной шейки коленчатого вала, причем кулачковому валику передается вращательное движение вокруг его собственной оси от шестерни, обкатывающей неподвижную шестерню наружного или внутреннего зацепления, закрепленного в корпусе (а.с. СССР №61586, кл. F 01 М 1/02, опубл. 1962).

Известна система для подачи смазки и охлаждения ДВС (см. а.с. СССР №454363, кл. F 01 Р 7/14, опубл. 1975), содержащая насос для подачи масла в магистрали охлаждения и смазки деталей двигателя и дозирующий клапан в магистрали охлаждения, а в линию управления включен предельный клапан.

Наиболее близкой к заявленной системе является система масляного охлаждения ДВС с бесшатунным механизмом, содержащая масляную емкость, шестеренчатые масляные насосы, редукционный клапан, магистрали, каналы в штоках для подачи масла в поршни и его возврата (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, 1972, с.128-129).

Однако известная система недостаточно эффективна.

Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения, достижение компактности двигателя с предлагаемой системой охлаждения, уменьшение габаритных размеров.

Поставленная задача решается тем, что система масляного охлаждения ДВС с бесшатунным механизмом, содержащая масляную емкость, шестеренчатые масляные насосы, редукционный клапан, магистрали, каналы в штоках для подачи масла и его возврата, система снабжена теплообменником и термостатом, а в месте соединения штока через подшипник с шейкой коленвала предусмотрено кольцо распределения подачи масла по штокам, которое разделено на два полукольца перегородкой, а коленвал при вращении управляет подачей масла на охлаждение, которое проходит по каналам.

Кроме того, масляные насосы закреплены в рабочем валу с каждого торца, привод насосов осуществляется шестернями наружного зацепления, при этом ведущие шестерни закреплены в коленвалу, а шестерни привода масляных насосов имеют эксцентрично расположенные противовесы.

Кроме того, насосы встроены в коленвалы, имеющие эксцентричные грузы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показана (схематично) система масляного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом;

на фиг.2 - двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом с крестообразным расположением цилиндров и с системой охлаждения поршней со штоками;

на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2;

на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.2;

на фиг.5 - двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом с оппозитно расположенными цилиндрами, масляные насосы встроены в коленвалы, имеющие эксцентричные грузы;

на фиг.6 - разрез по В-В на фиг.5.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом (фиг.1) содержит масляные насосы 1 с редукционным клапаном 2, предназначенные для подачи масла в магистраль распределения давления 3 смазки-охлаждения двигателя, магистраль поступления масла 4 к насосам, которые находятся в рабочем валу 5 двигателя. Масло поступает из емкости 6 самотеком в магистраль поступления 4 к масляным насосам 1, которые под давлением подают масло в магистрали давления 3, обеспечивая смазку подшипников 7 коленвала 8, имеющего каналы подачи масла 9 (фиг.2).

В месте соединения штока 10 через подшипник 11 с шейкой коленвала 8 предусмотрено кольцо распределения 12 подачи масла по штокам 10 к поршням 13, которое разделено на два полукольца перегородкой в канавке, и коленвал при вращении управляет подачей масла на охлаждение, которое проходит по каналам охлаждения 14 (фиг.3). Масло, проходя по штокам 10 и поршням 13, возвращается по тому же штоку 10 обратно и сбрасывается в двигатель, смазывая подшипники 15 рабочего вала 5, стекает по каналу 16 и с помощью циркуляционного масляного насоса 17 и через термостат 18 попадает по каналу 19 в емкость масла 6 (когда масло холодное) или с помощью термостата обратного действия (если горячее масло) и через теплообменник 20 - в емкость 6.

На фиг.2 показан двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом с крестообразно расположенными цилиндрами, в котором шестерни 21 привода масляных насосов имеют противовесы 22, эксцентрично расположенные в шестернях привода. На фиг.3 показано управление коленвалом подачей масла по штокам к поршням с помощью полукольца управления распределения 12. На фиг.4 показан рабочий вал с торца на уровне одного масляного насоса с каналами подачи и распределения масла. На фиг.5 показан оппозитный двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом с встроенными в коленвалы масляными насосами 1, причем каждый коленвал с этого же конца и на основной оси вращения имеет эксцентричный груз 23 балансировки. За счет эксцентричных грузов 23, имеющихся в каждом коленвале, последние друг друга балансируют. На фиг.6 показано расположение эксцентричного груза 23 и масляного насоса 1. Если рабочий вал вращается против часовой стрелки, то магистраль подачи и каналы отбора будут иметь вид, как показано на фиг.6.

Из емкости 6 масло поступает в масляные насосы 1, которые соединены параллельно, и если их два, то они имеют обратные клапаны (не показаны). В магистрали 3 создается давление, управляемое редукционным клапаном 2, распределяющим масло на смазку втулок штока через заградительные сальники 24, находящиеся в корпусе двигателя. Часть масла поступает в коленвал 8 по каналам 9, затем масло направляется на подшипники 11 штока и через кольцо распределения 12 в штоки 10 с поршнями 13, после чего возвращается по каналам охлаждения 14 и штоку 10, попадая в среднюю часть двигателя, смазывает подшипники 15 рабочего вала 5. Из средних частей двигателя масло стекает по каналу 16 и с помощью циркуляционного насоса 17, который связан с термостатом 18, управляющим направлением масла в зависимости от температуры, попадает сразу в емкость 6 или в теплообменник 20, где охлаждается, а затем поступает в емкость 6.

Двигатели внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом имеет конструктивные особенности.

Между штоками, рядом с газораспределительными цепями, закреплен через подшипники на корпусе рабочего вала гидротрансформатор (фиг.5), который имеет шестерню наружного зацепления.

Гидротрансформатор имеет большой диаметр, а шестерня гидротрансформатора соединена непосредственно с коробкой переключения скоростей. Средняя часть двигателя образует единый корпус с коробкой переключения передач.

Возможно использование газораспределительной цепи как насоса для моторного масла в двигателе с газораспределительным механизмом, находящимся рядом с нижним цилиндром.

Часть масла, которая находится в нижнем цилиндре, увлекается самой цепью и при прохождении катка-звездочки после поворота попадает на стенку корпуса двигателя, где предусмотрены специальные карманы для последующего отбора масла в емкость, находящуюся рядом с нижним цилиндром.

Двигатель имеет отдельную систему смазки для гидротрансформатора с газораспределительным механизмом и коробкой переключения передач, смазывающихся трансмиссионным маслом. А сам двигатель охлаждается моторным маслом и имеет систему охлаждения поршней и штоков по специальным каналам в штоках, по одному каналу подается масло в поршни, по другому возвращается, смазывая цилиндры и поршни, охлаждая их, обратно в полость двигателя, имеющего радиатор охлаждения масла.

В двигателе предусмотрена короткая магистраль и масляные насосы, которые находятся в рабочем валу, однако каналы охлаждения маслом поршней со штоками длинные. Пока масло холодное или густое, оно по каналам протекает медленно. Масляный насос работает в основном на редукционный клапан, поддерживая давление масла в магистрали. После прогрева двигателя, когда масло прогреется и будет иметь хорошую текучесть, циркуляция масла нормализуется и будет зависеть только от его вязкости, длины каналов и их сечения. Также на рабочем валу может быть жестко закреплена центрифуга для очистки масла, которая находится снаружи рабочего вала (не показано), которая соединена с магистралью. При вращении центрифуги вместе с рабочим валом масло очищается от тяжелых примесей.

С каждого торца рабочего вала находится один масляный насос с одинаковыми техническими параметрами. Один насос работает на охлаждение поршней со штоками, а другой - на смазку коленчатого вала, или же оба насоса работают параллельно, как дублеры. Тогда объединены системы смазки и охлаждения.

Масляные насосы получают вращательное движение за счет шестерни, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом, закрепленным на основной оси вращения коленвала на начале смещенных шеек, жестко закрепленных на коленвале или изготовленных совместно с коленвалом. Причем масляные насосы будут вращаться в два-три раза быстрее рабочего вала. Это зависит от диаметров шестерен или количества зубьев шестерен.

В двигателе применены с параллельным приводом масляные насосы, которые вращаются в два раза быстрее рабочего вала и имеют шестерню с балансировочным грузом, которая находится в зацеплении с зубчатым венцом коленчатого вала. Так как шестерня и венец одинаковы по диаметру и имеют одинаковое количество зубьев, то они движутся синхронно по отношению друг другу и обеспечивают балансировку. В совокупности с балансировочными грузами самого рабочего вала и балансировочной приводной шестерней масляного насоса достигается инерционный баланс всего механизма преобразования возвратно поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала.

За счет того, что ось масляного насоса смещена от главной оси вращения рабочего вала, больше чем ось коленвала, то требуется меньше балансировочного груза в шестернях масляных насосов. Помимо эксцентричного груза шестерен или эксцентричного груза на обратной стороне коленвала дополнительно имеются на противоположной стороне коленвала смещенные от оси рабочего вала, жестко закрепленные на рабочем валу грузики статического баланса для компенсации части массы самого коленвала. В статический груз входит сам масляный насос с шестернями.

При параллельной работе обоих масляных насосов предусмотрена общая магистраль в полости рабочего вала, с которой через обратные клапаны соединены масляные насосы, один редукционный клапан который поддерживает одинаковое давление в общей магистрали, от которой распределяется масло на смазку коренных подшипников коленвала и по специальным каналам подается на штоки через смещенные шейки коленвала посредством подшипника, и по центральному каналу в штоке подается в поршни. В поршнях предусмотрены специальные канавки для подачи смазки к цилиндрам, по которым масло подается на смазку цилиндра, удаляется по другому каналу обратно в шток и по штоку направляется в промежуточный отдел двигателя, находящийся между направляющими и ориентирующими втулками, которые также смазываются под давлением и имеют кольца удаления масла и кольца заграждения прорыва газов из рабочих камер сгорания. Эти втулки на себе испытывают большую нагрузку при работе и являются очень ответственными деталями в конструкции двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом.

В полости, где движется сочлененная шейка коленвала со штоком, куда возвращается нагретое масло, имеется сточный канал. В двигателе их два. Они соединяются вместе и через термостат соединены с картером двигателя, который представляет собой емкость для масла. Когда масло холодное, оно стекает в картер напрямую без охлаждения, а когда масло нагрето, термостат закрывается и пускает масло через радиатор охлаждения и масло стекает в картер охлажденным. В этом случае емкость для смазки двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом находится на уровне нижнего цилиндра, а радиатор охлаждения выше нижнего цилиндра и ниже стока двигателя.

Если масло холодное, то после масляного насоса и термостата попадает сразу в емкость. А когда масло горячее, то через теплообменник с помощью насоса подается в емкость масла, которая находится в любом удобном месте двигателя или механизма транспортного средства, и может поступать обратно в систему смазки двигателя самотеком, так как ее можно установить выше или на уровне коленвала.

На концах рабочего вала рядом с коренными подшипниками находятся по два сальника заграждения, не пропускающих масло в обе стороны в корпусные части двигателя.

Кольца на штоках обжимают шток снаружи как пружина и имеют спиралевидную конструкцию и уплотняют втулки.

Шток изготавливается из высокопрочной стали и имеет трубчатую основу, у которой в средней части поперечная втулка служит постелью для подшипника скольжения или игольчатого подшипника. С этим подшипником сочленена одна смещенная шейка коленвала. Через канал в коленвале подается масло в штоки через кольцевой канал, который разделен на две половины.

Из одной половины масло подается к тому штоку, поршень которого движется в сторону оси вращения рабочего вала, подача масла прекращается, когда поршень дойдет до камеры сгорания, затем за счет другой половины масло пойдет в другой шток, поршень которого к этому времени начнет двигаться к оси вращения рабочего вала.

Формула изобретения

1. Система масляного охлаждения двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом, содержащая масляную емкость, шестеренчатые масляные насосы, редукционный клапан, магистрали, каналы в штоках для подачи масла в поршни и его возврата, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником и термостатом, а в месте соединения штока через подшипник с шейкой коленвала предусмотрено кольцо распределения подачи масла по штокам, которое разделено на два полукольца перегородкой, а коленвал при вращении управляет подачей масла на охлаждение, которое проходит по каналам.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что насосы закреплены в рабочем валу с каждого торца, привод насосов осуществляется шестернями наружного зацепления, при этом ведущие шестерни закреплены в коленвалу, а шестерни привода масляных насосов имеют эксцентрично расположенные противовесы.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что насосы встроены в коленвалы, имеющие эксцентричные грузы.

РИСУНКИ