RU2227214C2

RU2227214C2 - Thermoregulated lubrication system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2227214C2
Application number: RU2001128604/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Салмин; Д.В. Салмин
Original assignee: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2004-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed lubrication system contains oil sump accommodating oil intake connected to oil pump driven through fluid coupling by gears of timing mechanism. Fluid coupling is operated by pressure regulator in main oil line. Moreover, lubrication system contains check valve, hydraulic accumulator, oil filter and valve-thermostat directing oil either into main oil line or, through hydraulic hose, into heat exchanger, being essentially coil-type heat exchanging device with changeable surface area controlled by hydraulic cylinder connected through rod with heat exchanger providing change of surface area of heat exchanger by displacing its movable part relative to fixed part by means of hydraulic cylinder depending on oil pressure in lubrication system. EFFECT: improved control of lubrication of engine parts. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах смазки ДВС.The invention relates to engine building and can be used in ICE lubrication systems.

Известны устройство (а.с. СССР 1346053, F 01 М 5/02, опубл. 1987), содержащее теплообменник, работающий на охлаждающей жидкости двигателя, или на отработавших газах, или от автономного электронагревателя, подключенный к ответвлению подающего трубопровода двигателя через циркулирующий насос, который включается при температуре масла ниже оптимальной; и устройство (а.с. СССР № 1229388, F 01 М 5/0, опубл. 1986), содержащее теплообменник, одна из секций которого размещена во внутреннем объеме топливного бака, а другая выполнена в виде каналов в стенках бака, причем секции подключены к напорному трубопроводу, снабженному перепускным клапаном, последний управляется термодатчиком через автоматический регулятор.A device is known (AS USSR 1346053, F 01 M 5/02, publ. 1987), comprising a heat exchanger operating on engine coolant or exhaust gas, or from an autonomous electric heater, connected to a branch of the engine supply pipe through a circulating pump which turns on when the oil temperature is below optimal; and a device (USSR AS No. 1229388, F 01 M 5/0, publ. 1986), comprising a heat exchanger, one of the sections of which is located in the internal volume of the fuel tank, and the other is made in the form of channels in the walls of the tank, the sections being connected to a pressure pipe equipped with a bypass valve, the latter is controlled by a temperature sensor through an automatic regulator.

Недостатком первого устройства является то, что имеется возможность только подогрева моторного масла, а второго - только его охлаждения.The disadvantage of the first device is that it is only possible to heat the engine oil, and the second only to cool it.

Известна система смазки ДВС (а.с. СССР № 1347588, F 01 М 5/00, опубл. 1984), содержащая маслозаборник из картера двигателя, масляный фильтр тонкой очистки, соединенный с масляным насосом через обратный клапан и гидромуфту. В системе масло через масляный радиатор прокачивается индивидуальным масляным насосом, приводимым в работу гидромуфтой. Количество масла, поступающего в гидромуфту, регулируется терморегулятором. При температуре масла ниже установленного предела масло в муфту не подается и насос отключается.A known ICE lubrication system (USSR AS No. 1347588, F 01 M 5/00, publ. 1984), comprising an oil intake from an engine crankcase, a fine oil filter connected to the oil pump through a check valve and a fluid coupling. In the system, oil is pumped through an oil cooler by an individual oil pump driven by a fluid coupling. The amount of oil entering the fluid coupling is regulated by a thermostat. If the oil temperature is below the set limit, oil is not supplied to the coupling and the pump shuts off.

Недостатком данной системы смазки является то, что терморегулятор не позволяет поддерживать оптимальный гидродинамический режим работы смазочной системы во всем скоростном диапазоне работы двигателя, а также то, что наличие дополнительного насоса в смазочной системе будет приводить периодически к дополнительным затратам мощности на его привод.The disadvantage of this lubrication system is that the temperature regulator does not allow maintaining the optimal hydrodynamic mode of operation of the lubrication system in the entire speed range of the engine, as well as the fact that the presence of an additional pump in the lubrication system will periodically lead to additional power costs for its drive.

Известна система смазки ДВС (патент РФ № 2125166, F 01 М 5/00, опубл. 1999), содержащая маслозаборник из картера двигателя, масляный фильтр тонкой очистки, соединенный с масляным насосом через обратный клапан и гидромуфту, а также клапан давления, гидроаккумулятор, необходимый для подачи, нагрева и охлаждения моторного масла, представляющий собой теплообменный аппарат, оребренная поверхность которого омывается отработавшими газами или воздухом, поступающим через исполнительный механизм, управляемый блоком сопротивлений в зависимости от частоты вращения коленчатого вала ДВС.A known ICE lubrication system (RF patent No. 2125166, F 01 M 5/00, publ. 1999), comprising an oil intake from the engine crankcase, a fine oil filter connected to the oil pump through a non-return valve and a fluid coupling, as well as a pressure valve, a hydraulic accumulator, necessary for supplying, heating and cooling engine oil, which is a heat exchanger, the finned surface of which is washed by exhaust gases or air entering through an actuator controlled by a resistance block depending on the frequency rashchenija crankshaft engine.

Недостатком этой системы является то, что для регулирования температуры моторного масла в системе смазки ДВС используется поверхностный теплообменный аппарат типа “труба в трубе”, который имеет определенную инерционность и при выполнении температурного регулирования (в зависимости от скоростного режима работы ДВС) требуемая температура достигается не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, что сказывается на скорости регулирования температуры масла в системе смазки.The disadvantage of this system is that to control the temperature of the engine oil in the internal combustion engine lubrication system, a surface pipe-in-pipe heat exchanger is used, which has a certain inertia and when performing temperature control (depending on the speed mode of operation of the internal combustion engine), the required temperature is not reached immediately , and with some delay, which affects the speed of regulating the temperature of the oil in the lubrication system.

Известно устройство (a.c. СССР №1574847, F 01 М 5/00, опубл. 1990), включающее в себя теплообменник, масляно-жидкостный контур которого через насос сообщен с расширительным бачком и газожидкостным контуром, с двумя газовыми входами и выходами. Первый входной канал сообщен с выпускным коллектором, а у второго входного и выходного соответственно устанавливается электрический вентилятор и электромагнитный клапан, которые управляются термореле от датчика температуры масла и включается в электрическую цепь посредством замыкания левой или правой пары контактов переключателя при снятии или установке заглушки второго газового входа.A device is known (a.c. USSR No. 1574847, F 01 M 5/00, publ. 1990), which includes a heat exchanger, the oil-liquid circuit of which is connected via a pump to an expansion tank and a gas-liquid circuit, with two gas inlets and outlets. The first input channel is in communication with the exhaust manifold, and the second input and output are respectively equipped with an electric fan and an electromagnetic valve, which are controlled by a thermal relay from the oil temperature sensor and are connected to the electrical circuit by closing the left or right pair of switch contacts when removing or installing the plug for the second gas input .

Недостатком является то, что устройство не обеспечивает автоматическое переключение вентилятора и электромагнитного клапана. Кроме того, система имеет газожидкостный контур с дополнительным насосом.The disadvantage is that the device does not provide automatic switching of the fan and the solenoid valve. In addition, the system has a gas-liquid circuit with an additional pump.

Наиболее близким аналогом (прототип) является система смазки ДВС (патент РФ №2149268, F 01 M 5/00, опубл. 2000), содержащая масляный картер, маслозаборник из картера, масляный насос, главную масляную магистраль, обратный клапан, электромагнитный клапан и теплообменник с регулируемой площадью поверхности теплообмена, в масляном контуре которого помещен механизм, состоящий из пружины, телескопического штока и поршня, образующий камеру, соединенную с выпускным коллектором двигателя через электромагнитный клапан, управляемый термореле от датчика температуры масла. В жидкостном контуре теплообменника (параллельно включенному в систему охлаждения двигателя посредством электромагнитных клапанов, управляемых термореле от датчика температуры охлаждающей жидкости) помещены трубки газового контура, сообщенные с воздухозаборником через обратный клапан, а с впускным и выпускным коллекторами - через электромагнитные клапаны, управляемые от датчика температуры масла.The closest analogue (prototype) is the ICE lubrication system (RF patent No. 2149268, F 01 M 5/00, publ. 2000), comprising an oil pan, an oil pan from the crankcase, an oil pump, a main oil line, a non-return valve, an electromagnetic valve and a heat exchanger with an adjustable heat exchange surface area, in the oil circuit of which is placed a mechanism consisting of a spring, a telescopic rod and a piston forming a chamber connected to the exhaust manifold of the engine through an electromagnetic valve controlled by a thermal relay from the eratury oil. In the liquid circuit of the heat exchanger (connected in parallel to the engine cooling system by means of electromagnetic valves controlled by a thermal relay from the coolant temperature sensor), gas circuit tubes are placed that communicate with the air intake through the non-return valve, and with the intake and exhaust manifolds through electromagnetic valves controlled by the temperature sensor oils.

Недостатком прототипа является сложность конструкции теплообменника с изменяемой площадью поверхности и его значительные габариты (длина), большое количество электромагнитных клапанов, управляющих работой системы смазки, а также других элементов, снижающих надежность работы системы.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design of the heat exchanger with a variable surface area and its significant dimensions (length), a large number of solenoid valves that control the operation of the lubrication system, as well as other elements that reduce the reliability of the system.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы смазочных систем.The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of lubrication systems.

Поставленная задача решается тем, что система смазки ДВС содержит масляный картер, маслозаборник из картера, масляный насос, обратный клапан, электромагнитный клапан, теплообменник с изменяемой поверхностью теплообмена, главную масляную магистраль, теплообменник выполнен змеевиковым, снабжен подвижной частью, а управление работой теплообменники осуществляется посредством соединенного с теплообменником гидроцилиндра, включающего поршень и шток, причем в зависимости от давления масла в системе смазки в гидроцилиндре происходит перемещение поршня, который через шток перемещает подвижную часть теплообменника, при этом система снабжена гидромуфтой, гидроаккумулятором и масляным фильтром.The problem is solved in that the ICE lubrication system contains an oil sump, an oil intake from the crankcase, an oil pump, a check valve, an electromagnetic valve, a heat exchanger with a variable heat exchange surface, a main oil line, a heat exchanger made with a coil, equipped with a moving part, and the heat exchangers are controlled by a hydraulic cylinder connected to a heat exchanger, including a piston and a rod, and depending on the oil pressure in the lubrication system in the hydraulic cylinder, Piston housing, which through the rod moves the movable part of the heat exchanger, while the system is equipped with a fluid coupling, a hydraulic accumulator and an oil filter.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично показана система смазки двигателя.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the engine lubrication system.

Система смазки содержит масляный картер 1, в котором размещен маслозаборник 2, подсоединенный к всасывающему каналу масляного насоса 3, имеющего привод через гидромуфту 4 от шестерен распределительного механизма 5. Управление работой гидромуфты осуществляется от регулятора давления 6, расположенного в главной масляной магистрали (ГММ) 7. Кроме того, к масляному насосу 3 через обратный клапан 8 присоединен гидроаккумулятор 9, снижающий пульсацию масла в системе смазки и поддерживающий постоянное рабочее давление в ней. Включение системы смазки в работу осуществляется через электромагнитный клапан 10 посредством замка зажигания 11. Подача масла в ГММ 7 осуществляется через масляный фильтр 12 и клапан термостат 13, который направляет масло либо в ГММ, либо через гидравлический шланг 14 в “змеевиковый” теплообменник 15 с регулируемой площадью поверхности, состоящий из подвижной 16 и неподвижной 17 частей. Управление работой теплообменника 15 осуществляется гидроцилиндром 18.The lubrication system contains an oil sump 1, in which an oil intake 2 is located, connected to the suction channel of an oil pump 3, which is driven through a hydraulic coupling 4 from the gears of the distribution mechanism 5. The hydraulic coupling is controlled by a pressure regulator 6 located in the main oil line (GMM) 7 In addition, a hydraulic accumulator 9 is connected to the oil pump 3 through a check valve 8, which reduces the pulsation of the oil in the lubrication system and maintains a constant working pressure in it. The lubrication system is switched on through the solenoid valve 10 by means of the ignition switch 11. Oil is supplied to the GMM 7 through an oil filter 12 and a thermostat valve 13, which directs the oil either to the GMM or through a hydraulic hose 14 to the “coil” heat exchanger 15 with adjustable surface area, consisting of a movable 16 and a fixed 17 parts. The operation of the heat exchanger 15 is controlled by a hydraulic cylinder 18.

Гидроцилиндр 18 включает в себя шток 19, поршень 20 и пружину 21.The hydraulic cylinder 18 includes a rod 19, a piston 20 and a spring 21.

Система смазки работает следующим образом. В момент пуска ДВС, а именно при включении зажигания открывается электромагнитный клапан 10 за счет подачи напряжения на его обмотку через замок зажигания 11. При этом моторное масло из масляного картера 1 посредством масляного насоса подается через обратный клапан 8 в гидроаккумулятор 9, а из гидроаккумулятора 9 через фильтр 12 к клапану-термостату 13, а далее в зависимости от температуры масла оно направляется в ГММ 7, обеспечивая тем самым предпусковую прокачку и смазку трущихся узлов и деталей двигателя.The lubrication system operates as follows. At the time of starting the engine, namely when the ignition is turned on, the electromagnetic valve 10 opens by supplying voltage to its winding through the ignition switch 11. In this case, the engine oil from the oil sump 1 through the oil pump is fed through the check valve 8 to the accumulator 9, and from the accumulator 9 through the filter 12 to the valve-thermostat 13, and then, depending on the temperature of the oil, it is sent to the GMM 7, thereby providing pre-start pumping and lubrication of the rubbing units and engine parts.

При работе ДВС в условиях эксплуатации система автоматически осуществляет регулирование температуры моторного масла посредством клапана термостата 13 и “змеевикового” теплообменника 15 с изменяемой площадью поверхности.When the internal combustion engine operates under operating conditions, the system automatically regulates the temperature of the engine oil by means of a thermostat valve 13 and a “coil” heat exchanger 15 with a variable surface area.

Регулирование температуры, а следовательно, и улучшение температурно-динамических характеристик работы смазочной системы происходит следующим образом.Temperature control, and hence the improvement of the temperature-dynamic characteristics of the lubrication system, is as follows.

Если масло имеет температуру ниже рабочей температуры (80°С), оно подается через клапан термостат 13 в ГММ 7. Если масло имеет температуру больше 80°С, оно перепускается через гидравлический шланг 14 в “змеевиковый” теплообменник 15, а величина площади поверхности зависит от давления масла в системе смазки. При этом, если давление в ГММ 7 больше 0,2 МПа, то под действием этого давления в гидроцилиндре 18 происходит перемещение поршня 20, который через шток 19 перемещает подвижную часть 16 теплообменника 15 в неподвижную часть 17 и уменьшает тем самым площадь поверхности теплообмена до минимума.If the oil has a temperature below the operating temperature (80 ° C), it is fed through the valve of the thermostat 13 to GMM 7. If the oil has a temperature greater than 80 ° C, it is transferred through the hydraulic hose 14 to the “coil” heat exchanger 15, and the surface area depends from oil pressure in the lubrication system. Moreover, if the pressure in GMM 7 is greater than 0.2 MPa, then under the influence of this pressure in the hydraulic cylinder 18 the piston 20 moves, which moves the movable part 16 of the heat exchanger 15 to the stationary part 17 through the rod 19 and thereby reduces the heat exchange surface area to a minimum .

Если же температура масла становится выше рабочей температуры, а давление масла в ГММ меньше 0,2 МПа, то в гидроцилиндре 18 давление масла уменьшается и под действием пружины 21, действующей на поршень 20, шток 19 гидроцилиндра 18 втягивается и увлекает за собой подвижную 16 часть теплообменника 15, извлекая его тем самым из неподвижной части 17 теплообменника 15 и увеличивая тем самым его площадь поверхности до максимума.If the oil temperature becomes higher than the operating temperature, and the oil pressure in the GMM is less than 0.2 MPa, then in the hydraulic cylinder 18 the oil pressure decreases and under the action of the spring 21 acting on the piston 20, the rod 19 of the hydraulic cylinder 18 is retracted and carries away the moving part 16 heat exchanger 15, thereby removing it from the fixed part 17 of the heat exchanger 15 and thereby increasing its surface area to a maximum.

В момент остановки ДВС выходу масла к насосу 3 и в ГММ 7 препятствует обратный клапан 8 и электромагнитный клапан 10, которые в этот момент закрыты.At the moment of stopping the internal combustion engine, the oil outlet to the pump 3 and to the GMM 7 is prevented by the check valve 8 and the electromagnetic valve 10, which are closed at this moment.

Регулирование подачи масла в системе смазки осуществляется следующим образом. При увеличении частоты вращения коленчатого вала гидроаккумулятор 9 заполняется маслом, подаваемым масляным насосом 3, и по мере достижения давления выше 0,4 МПа регулятор давления 6 выключает гидромуфту 4, тем самым отключая масляный насос 3 от привода коленчатого вала. В результате этого гидроаккумулятор 9 будет разряжаться в смазочную систему ДВС, сохраняя постоянную подачу масла в смазочной системе ДВС и уменьшая величину механических потерь двигателя на привод масляного насоса, а также улучшая работу масляного фильтра и качественную очистку моторного масла.Regulation of oil supply in the lubrication system is as follows. With increasing speed of the crankshaft, the accumulator 9 is filled with oil supplied by the oil pump 3, and as the pressure reaches above 0.4 MPa, the pressure regulator 6 turns off the fluid coupling 4, thereby disconnecting the oil pump 3 from the crankshaft drive. As a result of this, the accumulator 9 will be discharged into the internal combustion engine lubrication system, maintaining a constant oil supply in the internal combustion engine lubrication system and reducing the amount of mechanical loss of the engine to the oil pump drive, as well as improving the operation of the oil filter and high-quality cleaning of engine oil.

При снижении давления в системе смазки меньше 0,2 МПа клапан давления включает гидромуфту 4 и через нее подключает в работу масляный насос 3, посредством которого производится одновременная подзарядка гидроаккумулятора 9 и подача масла в систему смазки.When the pressure in the lubrication system is less than 0.2 MPa, the pressure valve turns on the fluid coupling 4 and through it connects the oil pump 3 to work, by means of which the hydraulic accumulator 9 is simultaneously charged and the oil is supplied to the lubrication system.

Claims

An internal combustion engine lubrication system comprising an oil sump, an oil sump from a crankcase, an oil pump, a non-return valve, an electromagnetic valve, a heat exchanger with a variable surface area, a main oil line, characterized in that the heat exchanger is coil-type, is equipped with a moving part, and the heat exchanger is controlled by means of a hydraulic cylinder connected to the heat exchanger, including a piston and a rod, moreover, depending on the oil pressure in the lubrication system in the hydraulic cylinder, There is a movement of the piston, which moves the movable part of the heat exchanger through the rod, while the system is equipped with a fluid coupling, a hydraulic accumulator and an oil filter.