Центрифуга с редукционным клапаном для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЦЕНТРИФУГА С РЕДУКЦИОННЫМ КЛАПАНОМ ДЛЯ ОЧИСТКИ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия(72) Авторы Карташевич Анатолий Николаевич Костенич Валерий Геннадьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия(57) Центрифуга для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания, содержащая корпус с каналами для подвода и слива масла, полую ось с запрессованной внутри трубкой для отвода очищенного масла и установленным на ней ротором с остовом, в нижней части которого установлены сопла внешнего реактивного привода ротора и выполнены каналы для 12243 1 2009.08.30 подвода масла из ротора, в которых установлен редукционный клапан, отличающаяся тем, что в остове ротора установлены три или четыре пары сопел для внешнего реактивного гидравлического привода ротора с каналами для подвода к ним масла из ротора, равномерно распределенных по окружности с углами между их осями, равными 60 или 45,редукционный клапан выполнен комбинированным, состоящим из трех или четырех ступеней, рассчитанных на различные давления открытия, при этом каждая ступень комбинированного редукционного клапана состоит из двух шариковых клапанов, рассчитанных на одинаковое давление открытия и расположенных в диаметрально противоположных каналах для подвода масла к соплам из ротора. Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для очистки масла в системе смазки двигателей внутреннего сгорания. Известно, что в комбинированных системах смазки современных двигателей внутреннего сгорания наряду с такими агрегатами, как масляные насосы, маслоочистители(фильтры и центрифуги), теплообменники и др., находят широкое применение и различные клапаны, используемые для регулирования давления масла в системе. В частности, в автотракторных двигателях для ограничения давления, создаваемого масляным насосом,применяются редукционные (предохранительные, перепускные) клапаны, устанавливаемые непосредственно в масляном насосе или в магистрали за насосом. При повышении давления масла на выходе из насоса сверх заданного значения открывается редукционный клапан и часть масла сливается в поддон картера или поступает во всасывающую полость насоса. Недостатком такой схемы установки редукционного клапана являются значительные непроизводительные затраты мощности двигателя (а следовательно, и топлива) на холостую перекачку масла, сливаемого через редукционный клапан обратно в поддон картера,так как известно, что масляные насосы двигателей проектируются со значительным запасом по производительности. Так, например, по данным 1, в новом двигателе в главную масляную магистраль для смазки деталей поступает около 2025 масла, подаваемого масляным насосом, а остальное масло через редукционный клапан возвращается обратно в поддон картера двигателя. И только при наработке двигателя, приближающейся к гарантийной, в результате износа сопряженных деталей и увеличения зазоров все масло, подаваемое масляным насосом, поступает в главную масляную магистраль, а редукционный клапан практически все время остается закрытым. Также исследованиями установлено 2, что, например, в двигателе Д-50 за 4000 моточасов работы двигателя только из-за слива масла через редукционный клапан перерасходуется 540 кг дизельного топлива. Наиболее близким к изобретению является центробежный маслоочиститель для двигателя внутреннего сгорания 3, содержащий корпус с каналами для подвода и отвода масла и полую ось. На полой оси установлен ротор, имеющий внутренний гидропривод,внешние разгонные сопла с каналами для подвода к ним масла и устройство для их отключения по достижении рабочего режима по температуре и давлению масла. Недостатком описанного выше центробежного маслоочистителя является то, что он предназначен для повышения качества очистки смазочного масла только на низкотемпературном режиме работы, т.е. в течение 1015 мин после запуска двигателя во время прогрева его до рабочей температуры, после чего разгонные сопла отключаются. Кроме того, повышение частоты вращения ротора на низкотемпературном режиме затруднено вследствие высокой вязкости непрогретого масла и связанных с этим больших потерь на трение в подшипниках. А повышение качества очистки смазочного масла на 2 12243 1 2009.08.30 низкотемпературном режиме будет несущественным из-за низкой скорости осаждения частиц в роторе, величина которой обратно пропорциональна вязкости масла. Техническая задача изобретения - повышение эффективности очистки смазочного масла путем повышения частоты вращения ротора на всех режимах работы двигателя и снижение непроизводительных затрат мощности двигателя. Поставленная задача решается использованием энергии масла, сливаемого через редукционный клапан системы смазки двигателя, для создания дополнительного крутящего момента, сообщаемого ротору центрифуги. Во-первых, предлагаемая центрифуга, в отличие от обычной центрифуги с внешним гидравлическим реактивным приводом или вышеописанного центробежного маслоочистителя 3, имеет не одну пару сопел, расположенных диаметрально противоположно, а три или четыре пары, равномерно распределенные по окружности с углами между их осями, равными 60 или 45. Во-вторых, редукционный клапан, традиционно расположенный в масляном насосе или в магистрали за масляным насосом, в предлагаемой конструкции находится в роторе центрифуги. Клапан выполнен комбинированным и состоит из трех или четырех ступеней, рассчитанных на различные давления открытия. Каждая ступень включает два клапана, рассчитанные на одинаковое давление открытия и расположенные в диаметрально противоположных каналах для подвода масла к соплам центрифуги. Центрифуга может иметь как только внешний гидравлический реактивный привод,состоящий из трех или четырех пар сопел, так и комбинированный - внешний и внутренний. Причем в последнем случае кроме дополнительного увеличения крутящего момента ротора за счет внешних сопел увеличивается также и крутящий момент, создаваемый внутренним активным гидравлическим приводом за счет увеличения расхода масла через него. Центрифуга может включаться в системусмазки как по полнопоточной схеме, так и на ответвлении. На фиг. 1 приведена схема предлагаемой центрифуги с комбинированным (внешним и внутренним) гидравлическим приводом ротора, на фиг. 2 - вид снизу ротора центрифуги с тремя парами сопел (вид А). Центрифуга состоит из корпуса 1 (фиг. 1), в котором имеются канал 2 для подвода неочищенного масла и канал 3 для слива масла, вытекающего из сопел центрифуги, в поддон картера двигателя. В корпус ввернута полая ось ротора 4 с закрепленным на ней насадком 5 с тангенциальными отверстиями. На оси установлен ротор, состоящий из остова 6, стакана 7, соединенного с остовом при помощи гайки 8, и крышки 9. В верхней части остова ротора выполнены тангенциальные отверстия 10 внутреннего реактивного гидравлического привода ротора. В полую ось ротора запрессована трубка 11 для отвода из центрифуги очищенного масла. В бобышках, выполненных в нижней части остова ротора 6, установлены сопла 12 внешнего реактивного гидравлического привода ротора и выполнены каналы для подвода масла из ротора к соплам. В каждом канале установлен шариковый редукционный клапан,состоящий из пружины 13, шарика 14 и резьбовой пробки 15 с отверстием, вворачиваемой в верхнюю часть канала. Каждые два клапана, расположенные в диаметрально противоположных каналах, образуют одну ступень комбинированного редукционного клапана и имеют одинаковое давление открытия. Всего же в роторе центрифуги имеется три или четыре ступени комбинированного редукционного клапана, рассчитанные на различные давления открытия. Одна ступень, включающая, например, пару клапанов в и е (фиг. 2), регулируется на максимальное давление, на которое настраивается обычный редукционный клапан системы смазки, например на 0,9 МПа. Вторая ступень, включающая, например, пару клапанов а и г, регулируется для обеспечения необходимого минимального давления в главной масляной магистрали, например, на 0,3 МПа. Давление открытия третьей ступени, включаю 3 12243 1 2009.08.30 щей пару клапанов б и д (или третьей и четвертой в случае применения четырех пар сопел) определяется методом линейной интерполяции. Тогда окончательно получаем следующие давления открытия ступеней комбинированного редукционного клапана для случая применения трех пар сопел - 0,3 0,6 и 0,9 МПа и для случая применения четырех пар сопел - 0,3 0,5 0,7 и 0,9 МПа. Центрифуга работает следующим образом. Подаваемое масляным насосом двигателя загрязненное масло по каналу 2 под давлением поступает в кольцевой канал между полой осью ротора 4 и трубкой 11, а из него через отверстия в оси ротора в насадок 5. Проходя через тангенциальные отверстия насадка масло приобретает вращательное движение, при этом струи масла, взаимодействуя с внутренней стенкой остова ротора 6, создают активный крутящий момент, сообщаемый ротору центрифуги. Через отверстия остова масло поступает в ротор, где под действием центробежных сил очищается от загрязняющих примесей, оседающих на внутренних стенках стакана 7 ротора. Очищенное масло, проходя с большой скоростью через тангенциальные отверстия 10 в верхней части остова 6 ротора, сообщает ему реактивный крутящий момент. Активный и реактивный крутящие моменты создают суммарный крутящий момент, под действием которого и приводится во вращение ротор центрифуги. Однако, поскольку производительность масляного насоса превышает расход масла через главную масляную магистраль, давление в роторе центрифуги будет повышаться. Повышение давления в роторе приведет к последовательному открытию ступеней комбинированного редукционного клапана а-г, б-д и в-е и включению попарно в работу соответствующих им сопел 12 внешнего реактивного гидравлического привода ротора,создающих дополнительный крутящий момент, сообщаемый ротору. Кроме этого, открытие ступеней редукционного клапана вызывает увеличение расхода масла через тангенциальные отверстия насадка, а следовательно, и увеличение активного крутящего момента,сообщаемого ротору центрифуги. По мере износа деталей двигателя расход масла через главную масляную магистраль будет постепенно увеличиваться, что приведет к постепенному снижению давления масла в роторе центрифуги и последовательному попарному отключению сопел внешнего реактивного гидравлического привода ротора при отключении (закрытии) соответствующих ступеней комбинированного редукционного клапана. Отключение сопел внешнего реактивного гидравлического привода ротора при износе двигателя улучшает условия смазки трущихся деталей, т.к. при этом весь поток масла, подаваемого масляным насосом, поступает в главную масляную магистраль. Очистка смазочного масла будет обеспечиваться за счет внутреннего активно-реактивного гидравлического привода ротора. Таким образом, предлагаемая центрифуга позволяет повысить эффективность очистки смазочного масла в двигателях за счет повышения частоты вращения ротора без дополнительных затрат мощности. Источники информации 1. Лышко Г.П. Рациональное использование топлива и смазочных материалов для сельскохозяйственной техники.- Кишинев Картя Молдовеняскэ, 1986.- 238 с. 2. Мартынюк Н.П. Новые технические решения по сокращению расхода топлив и моторных масел автотракторными двигателями. Теория и практика рационального использования горюче-смазочных материалов в технике Тез. докл. Всесоюзн. научн.-технич. конф. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5