RU2538191C1

RU2538191C1 - Device to improve durability of friction units in internal combustion engines and in reduction gears (versions)

Info

Publication number: RU2538191C1
Application number: RU2013122010/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Федорович Тарасенко; Николай Иванович Богатырев; Аскер Исмаилович Ачмиз; Евгений Александрович Шапиро; Валерий Фёдорович Трифонов; Иван Викторович Масиенко; Александр Сергеевич Городничий
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2013122010A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular, to device to provide for the phenomenon of selective transfer of copper from solid solution of copper alloy to steel and back transfer from steel to copper alloy at the lubrication of friction units in internal combustion engines and reduction gears. The device comprises a heat exchanger set outside and fitted by a magnetostrictor with high-Q inductance coil of the latter being connected to the electric circuit including a power supply source, an electronic curcuit breaker with a transistor, the magnetostrictor inductance coil is connected to the transistor emitter and plus terminal of the power supply source, the device is used in internal combustion engines, as well as the device with its lubrication system being fitted by the following units connected sequentially by branch pipes 17 via a drain hole 18 and a filling hole 19 in the body: an oil pump 20 fitted by electric drive, a heat exchanger 22 fitted by a magnetostrictor 23 with the high-Q inductace coil 24 of the latter being connected to the electric circuit including a power supply source 25, an electronic curcuit breaker 26 with a transistor, the magnetostrictor 23 inductance coil 24 is connected to the transistor emitter 27 and plus terminal of the power supply source 25, the device is used in reduction gears.

EFFECT: invention provides for higher efficiency of wearlessness phenomenon and increased life of friction pairs as well as lower noise level and oil consumption.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для обеспечения явления избирательного переноса меди из твердого раствора медного сплава на сталь и обратного переноса со стали на медный сплав при смазке узлов трения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и в редукторах.The invention relates to the field of engineering, in particular to devices for providing the phenomenon of selective transfer of copper from a solid solution of copper alloy to steel and reverse transfer from steel to copper alloy when lubricating friction units in internal combustion engines (ICE) and in gearboxes.

Известно устройство смазки трущихся пар (см. Балабанов В.И., Беклемышев В.И., Махонин И.И. Трение, износ, смазка и самоорганизация в машинах, М, Изумруд, 2004, с.109-110), обеспечивающее повышение их долговечности, включающее компрессор, приемную емкость с маслофреоновой смесью, медные трубки, фильтр, дроссель, испаритель, конденсатор, которое за счет растворения маслофреоновой смесью медных трубок, находящихся на удалении от зоны трения, и последующего переноса растворенных ионов меди на сталь в зоне трения, приводящих к образованию сервовитной пленки, и обратного переноса со стали на медный сплав, сопровождающегося уменьшением коэффициента трения до жидкостного, приводит к значительному снижению износа пары трения.A device for lubricating rubbing steam is known (see Balabanov V.I., Beklemyshev V.I., Makhonin I.I. Friction, wear, lubrication and self-organization in machines, M, Emerald, 2004, pp. 109-110), providing an increase their durability, including a compressor, a receiving container with an oil-freon mixture, copper tubes, a filter, an inductor, an evaporator, a condenser, which, due to dissolution of the copper tubes located at a distance from the friction zone with the oil-freon mixture, and the subsequent transfer of dissolved copper ions to steel in the friction zone leading to the formation of a servovascular ple NKI, and the reverse transfer from steel to a copper alloy, accompanied by a decrease in the coefficient of friction to liquid, leads to a significant reduction in the wear of a friction pair.

Однако недостатком данного устройства является то, что вся система должна быть герметична (запаяна), в противном случае фреон испарится и тогда не будет растворения маслофреоновой смесью медных трубок, и явления избирательного переноса, как в бытовом холодильнике, не получится.However, the disadvantage of this device is that the entire system must be sealed (sealed), otherwise the freon will evaporate and then there will be no dissolution of the copper tubes by the oil-freon mixture, and the phenomenon of selective transfer, as in a domestic refrigerator, will not work.

Известны также устройства, выполненные в виде редукторов карьерных (шагающих) экскаваторов, коробок скоростей и т.д. (см. Ерохин М.Н., Гаркунов Д.Н., Стрельцов В.В. и др. Трибологические основы повышения ресурса машин. / Учебное пособие, М., ФГОУ ВПО МГАУ, 2003, с.86-88), смазочные среды которых (масла ТАП-15В, И-50, МС-20 и т.д.) содержали 0,5-1-2% от массы масла легированных металлоплакирующих присадок марки МКФ-18У.Also known devices made in the form of gears quarry (walking) excavators, gearboxes, etc. (see Erokhin M.N., Garkunov D.N., Streltsov V.V. et al. Tribological basis for increasing the resource of machines. / Textbook, M., FGOU VPO MGAU, 2003, pp. 86-88) whose media (TAP-15V, I-50, MS-20 oils, etc.) contained 0.5-1-2% by weight of the oil of alloyed metal-cladding additives of the MKF-18U brand.

Недостатком является отсутствие приспособления для избирательного переноса ионов меди на сталь.The disadvantage is the lack of devices for the selective transfer of copper ions to steel.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является «Устройство для осуществления способа обогащения масла системы смазки двигателя внутреннего сгорания легирующими элементами цветных металлов» (см. патент РФ №2390640, МПК F01M 9/02, БИ №15, от 27.05.2009), в котором в качестве деталей-доноров меди и цинка являются латунные трубки водомасляного теплообменника (ВМТ), расположенного в масляном поддоне и включенного в систему охлаждения двигателя, или медный электрод, изолированный от корпуса, размещенный в поддоне картера и включенный в электрическую цепь двигателя в качестве анода.The closest in technical essence and the achieved economic effect is “A device for implementing the method of oil enrichment of the lubrication system of an internal combustion engine with alloying elements of non-ferrous metals” (see RF patent No. 2390640, IPC F01M 9/02, BI No. 15, dated May 27, 2009) in which the parts of the donor of copper and zinc are brass tubes of a water-oil heat exchanger (BMT) located in the oil pan and included in the engine cooling system, or a copper electrode isolated from the body, placed in the pan crankcase and included in the electrical circuit of the engine as an anode.

Недостатком данного устройства является неэффективность избирательного переноса ионов меди на сталь, так как не обеспечивается устойчивое образование ионов в том количестве, чтобы был осуществлен эффект безызносности, а также невозможность применения для избирательного переноса ионов меди на сталь в редукторах или коробках передач.The disadvantage of this device is the inefficiency of the selective transfer of copper ions to steel, since stable ion formation is not ensured in such an amount that an effect of wear is achieved, as well as the inability to use copper ions to selectively transfer copper to steel in gearboxes or gearboxes.

Техническим результатом является повышение эффективности явления безызносности и увеличение ресурса трущихся пар ДВС, а также зубьев шестерен, валов, подшипников редукторов, коробки передач автомобиля, в том числе снижение уровня шума и расхода масла.The technical result is to increase the effectiveness of the phenomenon of wear and tear and increase the life of the friction engine ICE pairs, as well as the teeth of gears, shafts, bearings of gearboxes, the gearbox of the car, including reducing noise and oil consumption.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, включающем систему смазки, содержащую корпус, поддон, заливное и сливное отверстия, пробки, сапун, шестеренчатый масляный насос с заборником, трубки, каналы, отверстия для подачи масла, масляный фильтр, теплообменник из латунной трубки, электрическую цепь «питания», при этом, согласно изобретению, теплообменник размещен снаружи и оснащен магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, причем оно используется в двигателях внутреннего сгорания, а также в устройстве, включающем систему смазки, содержащую корпус, поддон, заливное и сливное отверстия, пробки, сапун, шестеренчатый масляный насос с заборником, трубки, каналы, отверстия для подачи масла, масляный фильтр, теплообменник из латунной трубки, электрическую цепь питания, при этом, согласно изобретению, система смазки оснащена соединенными последовательно посредством патрубков через сливное и заливное отверстия в корпусе, масляным насосом, снабженным электроприводом, теплообменником, оснащенным магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, причем оно используется в редукторах.The technical result is achieved by the fact that in a known device comprising a lubrication system comprising a housing, a pan, a filler and a drain hole, plugs, a breather, a gear oil pump with a intake, tubes, channels, openings for supplying oil, an oil filter, a brass tube heat exchanger electrical circuit "power", while, according to the invention, the heat exchanger is located outside and is equipped with a magnetostrictor, the inductor with high quality factor which is connected to an electrical circuit containing a power source, an electronic chopper with a transistor, while the magnetostrictor inductor is connected to the emitter of the transistor and to the positive terminal of the power source, and it is used in internal combustion engines, as well as in a device including a lubrication system containing a housing, a pan, a filler and a drain hole, plugs, breather, gear oil pump with intake, tubes, channels, oil supply holes, oil filter, brass tube heat exchanger, electrical power circuit, while, according to the invention, the lubrication system is equipped in series through the nozzles through the drain and filler holes in the housing, an oil pump equipped with an electric drive, a heat exchanger equipped with a magnetostrictor, the high-quality inductor of which is connected to an electric circuit containing a power source, an electronic chopper with a transistor, while the inductor the magnetostrictor is connected to the emitter of the transistor and to the positive terminal of the power supply, and it is used in gearboxes.

Новым для двигателей внутреннего сгорания является то, что теплообменник размещен снаружи и оснащен магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания, а для редукторов то, что система смазки оснащена соединенными последовательно посредством патрубков через сливное и заливное отверстия в корпусе масляным насосом, снабженным электроприводом, теплообменником, оснащенным магнитостриктором, катушка индуктивности с высокой добротностью которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания, электронный прерыватель с транзистором, при этом катушка индуктивности магнитостриктора соединена с эмиттером транзистора и с плюсовой клеммой источника питания.New to internal combustion engines is that the heat exchanger is located externally and equipped with a magnetostrictor, the high-quality inductor of which is connected to an electric circuit containing a power source, an electronic chopper with a transistor, while the magnetostrictor inductor is connected to the emitter of the transistor and to the positive terminal of the source power supply, and for gearboxes that the lubrication system is equipped in series by means of nozzles through the drain and filler holes in to rpuse oil pump provided with an electric drive, a heat exchanger equipped with magnetostrictors, an inductor with a high Q factor of which is connected to an electrical circuit containing a power source, the electronic circuit breaker with a transistor, the inductor coil magnetostrictor connected to the emitter of the transistor and the positive power supply terminal.

Новизна заключается в воздействии ультразвуковыми колебаниями, вырабатываемыми магнитостриктором, на латунный теплообменник (радиатор), в котором протекает горячее масло, что способствует растворению содержащих медь латунных трубок и выделению в масло ионов меди, находящихся на удалении от зоны трения, и последующем переносе растворенных ионов меди на сталь в зоне трения, приводящих к образованию сервовитной пленки, и обратном переносе ионов меди со стали на медный сплав, сопровождающемся уменьшением коэффициента трения до жидкостного, что приводит к значительному снижению износа пары трения.The novelty lies in the effect of ultrasonic vibrations generated by a magnetostrictor on a brass heat exchanger (radiator), in which hot oil flows, which contributes to the dissolution of copper-containing brass tubes and the release of copper ions in the oil located at a distance from the friction zone, and the subsequent transfer of dissolved copper ions on steel in the friction zone, leading to the formation of a servo-like film, and the reverse transfer of copper ions from steel to a copper alloy, accompanied by a decrease in the friction coefficient to liquid about, which leads to a significant reduction in the wear of a friction pair.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схематично система смазки ДВС; на фиг. 2 - схематично система смазки редукторов.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a schematic illustration of the engine lubrication system; in FIG. 2 is a schematic illustration of a gearbox lubrication system.

Устройство повышения долговечности узлов трения в ДВС включает систему смазки, содержащую корпус 1, поддон 2, сливное отверстие 3, закрытое пробкой 4, заливное отверстие с пробкой и сапун (не показаны). В систему смазки входят шестеренчатый масляный насос 5 с заборником, масляный фильтр 6, трубки 7, каналы и отверстия 8 для подачи масла трущимся узлам. Выход масляного фильтра 6 подсоединен к теплообменнику 9, который изготовлен при помощи латунной трубки или трубки другого медьсодержащего материала (бронзы и т.д.). Теплообменник 9 размещен снаружи и оснащен магнитостриктором 10, катушка индуктивности с высокой добротностью 11 которого подключена к электрической цепи двигателя, содержащей источник питания 12 с напряжением 12 или 24 В, электронный прерыватель 13 с IGBT-транзистором 14 с малыми потерями в открытом состоянии. Прибор Insulate Gate Bipolar Transistor в литературе называют IGBT-транзистор (см. Интернет, режим доступа - http://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/778-igbt-transistory.html). При этом катушка индуктивности 11 магнитостриктора 10 соединена с эмиттером транзистора 14 и с плюсовой клеммой источника питания 12.A device for increasing the durability of friction units in an internal combustion engine includes a lubrication system comprising a housing 1, a pan 2, a drain hole 3 closed by a stopper 4, a fill hole with a stopper, and a breather (not shown). The lubrication system includes a gear oil pump 5 with a intake, an oil filter 6, tubes 7, channels and openings 8 for supplying oil to rubbing units. The output of the oil filter 6 is connected to a heat exchanger 9, which is made using a brass tube or a tube of another copper-containing material (bronze, etc.). The heat exchanger 9 is located outside and equipped with a magnetostrictor 10, the high-quality inductor 11 of which is connected to the electric circuit of the engine containing a power source 12 with a voltage of 12 or 24 V, an electronic chopper 13 with an IGBT transistor 14 with low open loss. The Insulate Gate Bipolar Transistor device is called an IGBT transistor in the literature (see Internet, access mode - http://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/778-igbt-transistory.html). In this case, the inductor 11 of the magnetostrictor 10 is connected to the emitter of the transistor 14 and to the positive terminal of the power supply 12.

Система смазки редуктора для повышения долговечности узлов трения кинематически связанных элементов 15 в корпусе 16 оснащена соединенными последовательно посредством патрубков 17 через сливное 18 и заливное 19 отверстия масляным насосом 20 с электроприводом (источник тока не указан), фильтром 21 и латунным теплообменником 22 (радиатором), оснащенным магнитостриктором 23, катушка индуктивности с высокой добротностью 24 которого подключена к электрической цепи, содержащей источник питания 25 с напряжением 12 или 24 В, электронный прерыватель 26 с IGBT-транзистором 27 с малыми потерями в открытом состоянии. При этом катушка индуктивности 24 магнитостриктора 23 соединена с эмиттером транзистора 27 и с плюсовой клеммой, а корпус 16 - с минусовой клеммой источника питания 25.The lubrication system of the gearbox to increase the durability of the friction units of kinematically connected elements 15 in the housing 16 is equipped in series by means of nozzles 17 through a drain 18 and a fill 19 of the hole with an electric motor pump 20 (current source not specified), a filter 21 and a brass heat exchanger 22 (radiator), equipped with a magnetostrictor 23, the high-quality inductor 24 of which is connected to an electric circuit containing a power source 25 with a voltage of 12 or 24 V, an electronic chopper 26 with IGBT-t ranzistor 27 with low loss in the open state. In this case, the inductor 24 of the magnetostrictor 23 is connected to the emitter of the transistor 27 and to the positive terminal, and the housing 16 is connected to the negative terminal of the power source 25.

Принцип работы устройства для повышения долговечности трущихся узлов в ДВС следующий. При работающем двигателе вращается масляный насос 5, который подает масло в фильтр 6, далее масло по трубке 7 поступает в теплообменник 9. В теплообменнике 9 (радиаторе) горячее масло несколько охлаждается, но так как на теплообменник воздействуют ультразвуковыми колебаниями, вырабатываемыми магнитостриктором 10, за счет электрических импульсов от электронного прерывателя 13, через IGBT-транзистор 14 и катушку индуктивности 11, включенных в цепь питания 12, то горячее масло растворяет латунную трубку теплообменника 9 и насыщается интенсивно ионами меди. Далее это масло поступает в каналы 8 смазки и распределяется на узлы, которые работают в режиме повышенного износа. Это шейки коленчатого вала (коренные, шатунные), шейки распредвала и в турбированных двигателях пальцы поршней и турбина. После смазки шеек распредвала масло образует масляную ванночку в головке блока цилиндров. Этим маслом смазываются бобышки распредвала и толкатели клапанов, клапаны. После увеличения уровня в ванночке масло по сливным каналам опять поступает в поддон. В поддоне под действием движущихся шатунов и выдавливания масла из-под вкладышей шеек образуется масляный туман, который разбрызгивается по стенкам цилиндров. После смазывания цилиндров оно снимается со стенок маслосъемными кольцами. Избыточное давление, которое возникает в картере, снимается при помощи сапуна. Далее цикл повторяется. Перенос растворенных ионов меди на сталь в зоне трения приведет к образованию сервовитной пленки, и обратный перенос ионов со стали на медный сплав сопровождается уменьшением коэффициента трения до жидкостного, что приведет, в свою очередь, к значительному снижению износа пары трения.The principle of operation of the device to increase the durability of the rubbing units in the engine is as follows. When the engine is running, the oil pump 5 rotates, which delivers the oil to the filter 6, then the oil through the tube 7 enters the heat exchanger 9. In the heat exchanger 9 (radiator) the hot oil is somewhat cooled, but since the heat exchanger is affected by ultrasonic vibrations generated by the magnetostrictor 10, due to electric pulses from the electronic chopper 13, through the IGBT transistor 14 and the inductor 11 included in the power supply circuit 12, the hot oil dissolves the brass tube of the heat exchanger 9 and intensely saturated with ions and copper. Further, this oil enters the channels 8 of the lubrication and is distributed to the nodes, which operate in high wear mode. These are the crankshaft necks (main, connecting rod), the camshaft necks and the piston fingers and turbine in turbocharged engines. After lubricating the camshaft necks, the oil forms an oil bath in the cylinder head. Camshaft bosses and valve pushers, valves are lubricated with this oil. After increasing the level in the bath, the oil through the drain channels again enters the sump. Under the influence of moving connecting rods and squeezing out oil from the liners of the necks, an oil mist is formed in the pan, which is sprayed on the walls of the cylinders. After lubricating the cylinders, it is removed from the walls by oil scraper rings. The excess pressure that occurs in the crankcase is relieved with a breather. Next, the cycle repeats. The transfer of dissolved copper ions to steel in the friction zone will lead to the formation of a servo-like film, and the reverse transfer of ions from steel to the copper alloy is accompanied by a decrease in the friction coefficient to liquid, which will, in turn, lead to a significant decrease in the wear of the friction pair.

Принцип работы устройства при обеспечении долговечности узлов трения в редукторах следующий. При помощи масляного насоса 20 через сливное отверстие 18 масло из корпуса 16 попадает в латунный теплообменник (радиатор) 22, затем через фильтр 21 и через заливное отверстие 19 обратно в корпус 16, т.е. осуществляется его циркуляция. За счет работы электронного прерывателя 26, IGBT-транзистора 27 и катушки индуктивности 23, включенных в цепь питания 25, магнитостриктор 23 вырабатывает ультразвуковые колебания, которые совместно с горячим маслом способствуют выходу ионов меди из материала теплообменника (радиатора) 22, и масло при этом обогащается ионами меди. Затем обогащенное ионами масло обеспечивает смазку тяжелонагруженных узлов трения элементов 15, что способствует снижению интенсивного изнашивания, повышению задиростойкости и интенсификации процессов образования защитных пленок на поверхности трущихся пар, а также блокированию развития усталостного крошения, в том числе доводят трение до жидкостного. Радиатор 22 способствует охлаждению перегреваемого масла, а пар и излишки воздуха удаляются через сапун.The principle of operation of the device while ensuring the durability of friction units in gearboxes is as follows. Using the oil pump 20, through the drain hole 18, oil from the housing 16 enters the brass heat exchanger (radiator) 22, then through the filter 21 and through the filler hole 19 back into the housing 16, i.e. its circulation is carried out. Due to the operation of the electronic chopper 26, IGBT-transistor 27 and inductor 23 included in the supply circuit 25, the magnetostrictor 23 generates ultrasonic vibrations, which together with hot oil contribute to the release of copper ions from the material of the heat exchanger (radiator) 22, and the oil is enriched copper ions. Then, the ion-enriched oil provides lubrication of the heavily loaded friction units of the elements 15, which helps to reduce intensive wear, increase the scoring resistance and intensify the processes of formation of protective films on the surfaces of rubbing pairs, as well as block the development of fatigue crumbling, including reducing friction to liquid. Radiator 22 helps to cool the overheated oil, and steam and excess air are removed through the breather.

Использование изобретения позволит повысить эффективность генерирования ионов меди и др. компонентов в масло, а также износостойкость узлов трения ДВС, а также тяжелонагруженных трущихся пар редукторов, например, коробки передач и снизить затраты на ремонт и обслуживание.The use of the invention will improve the efficiency of generating copper ions and other components into oil, as well as the wear resistance of friction units of internal combustion engines, as well as heavily loaded friction pairs of gearboxes, for example, gearboxes, and reduce repair and maintenance costs.

Claims

1. A device for increasing the durability of friction units, including a lubrication system comprising a housing, a pan, a filler and a drain hole, plugs, a breather, a gear oil pump with an intake, tubes, channels, openings for oil supply, an oil filter, a brass tube heat exchanger, an electric "power" circuit, characterized in that the heat exchanger is located outside and is equipped with a magnetostrictor, the inductor of which with high quality factor is connected to an electric circuit containing a power source, an electronic chopper with a transistor, while the magnetostrictor inductor is connected to the emitter of the transistor and to the positive terminal of the power source.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is used in internal combustion engines.

3. A device for increasing the durability of friction units, including a lubrication system comprising a housing, a pan, a filler and a drain hole, plugs, a breather, a gear oil pump with an intake, tubes, channels, openings for oil supply, an oil filter, a brass tube heat exchanger, an electric power circuit, characterized in that the lubrication system is equipped in series by means of nozzles through a drain and a filler hole in the housing with an oil pump equipped with an electric drive, a heat exchanger equipped with a magnet triktorom, inductor with a high Q factor of which is connected to an electrical circuit containing a power source, the electronic circuit breaker with a transistor, the inductor coil magnetostrictor connected to the emitter of the transistor and the positive power supply terminal.

4. The device according to claim 3, characterized in that it is used in gearboxes.