двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ транспортного средства, включающий картер и взаимодействующий с ним коленчатый вал, на конце которого преимущественно в зоне заднего коренного подшипника размещен уплотнительный узел, предотвращающий утечку моторного масла и связанный посредством газопровода с источником уплотняющей газовой среды, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности работы, уплотнительный узел выполнен в виде по меньшей мере одной кольцевой канавки в теле картера и крышки коренного подшипника, которая с одной стороны посредством большего кольцевого зазора между картером, крышкой подшипника и шейкой коленчатого вала связана с полостью картера, а с другой стороны посредством меньшего зазора между упомянутыми элементами - с атмосферой, в качестве источника уплотняющей газовой среды использован компрессор тормозной системы транспортного средства или выхлопной коллектор двигателя, последний снабжен эжекционной системой вентиляции картера, эжекционная система размещена в выхлопном коллекторе двигателя, а коллектор связан газопроводами с полостью картера.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве уплотняющей газовой среды использован утилизированный сжатый воздух, отработавший преимущественно в тормозной системе транспортного средства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уплотнения коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания, у которых задняя коренная шейка снабжена маслоотражательным гребнем и маслосгонной резьбой, устраняющих утечку смазочных масел из полости картера. Посредством этих деталей разогретое масло попадает на указанный гребень и под действием центробежных сил отбрасывается обратно в полость картера. Масло же, преимущественно в виде масляного тумана, оседающее на маслоотражательную резьбу, также отбрасывается в полость картера за счет специального профиля и ее навивки. Сама же шейка коленчатого вала дополнительно уплотняется еще и графитоасбестовой набивкой, препятствующей интенсивному переливу масла, в случае движения транспортного средства в гору. ("Устройство автомобилей". 1958 г, издание третье - Государственного научно-технического издательства машиностроительной литературы, Москва, стр. 56-58, рис.40,41).

Известны также двигатели внутреннего сгорания, в которых "... под крышкой заднего коренного подшипника имеется маслосгонная спиральная канавка, маслоотбрасывающий диск и установлены к тому же резиновые уплотнители .... ". ("Учебник шофера второго класса" А. А. Сабинина и др. Издательство "Транспорт", М., 1966г, стр.18, рис.9).

Недостатком указанных двигателей является сложность конструкции, малая надежность и низкое качество уплотнения заднего коренного подшипника коленчатого вала, через которое происходит основная утечка моторного масла из полости картера двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение качества уплотнения, аккумулирования и рационального расходования сжатого и выхлопных газов и использования этих газов для уплотнения наружных коренных подшипников коленчатого вала.

Указанная цель достигается тем, что уплотнение наружных коренных подшипников коленчатого вала осуществляют действием сжатого газа, для чего против уплотняемой шейки (в теле картера и крышке коренного подшипника) выполняют кольцевую пневмоканавку, соединенную с одной стороны соединена со щелями, охватывающими наружную коренную шейку коленчатого вала, одна из которых соединяет кольцевую пневмоканавку с атмосферой (например, в зоне крепления маховика), а другая щель - с полостью картера. При этом щель, соединяющая пневмоканавку с полостью картера, обладает большей пропускной способностью за счет несколько большего диаметра, а полость картера в свою очередь (для вентиляции) соединена посредством пневмопровода с вакуумным эжектором, установленным на скоростном пути перемещения выхлопных газов из полости коллектора в выпускную трубу.

На фиг.1 изображена задняя часть коленчатого вала, взаимодействующая с маховиком (на фиг. не показан), в котором коренной подшипник уплотняется посредством действия сжатого газа; на фиг.2 - узел отсоса отработавших газов из полости картера двигателя.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания включает в себя коленчатый вал 1 (фиг.1), содержащий коренную шейку 2 и шейку 3 уплотнения вала, соединенную с фланцем 4 крепления маховика. При этом по центру указанной шейки 3 в картере 5 и крышке 6 коренного подшипника выполнены по меньшей мере две кольцевые канавки 7 и 8, первая из которых взаимодействует с центробежной шайбой 9, а вторая (пневмоканавка 8) посредством пневмоканала 10 и штуцера 11 соединена пневмопроводом 12 с ресивером 13 (или выхлопным коллектором 14, фиг.2) посредством штуцера 15, в котором выхлопные газы, перемещаемые в направлении стрелки 16 под действием вакуума подаются (действием эжекционного штуцера 17) в направление стрелок 18 в указанный пневмокольцевой объем 8 (такая установка применяется преимущественно для легкового транспорта, у которого отсутствует компрессор и единственным источником подачи сжатых газов в полость канавки 8 является выпускной коллектор), Транспорт, обладающий компрессором, обеспечивает возможность подачи сжатого газа, в том числе через газопровод 12, в направлении стрелок 19 (фиг.1), где сжатый газ по пневмоканалу 8 направляется по двум кольцевым щелям, охватывающим шейку 3 щели 20 (большего диаметра) и щели 21 (меньшего диаметра), по которой сжатый газ оттесняет пыль и влагу в направлении стрелок 22 (в зону действия маховика) и предохраняет масляную систему от попадания абразивных включений, а по щели 20 (несколько большего диаметра) сжатый газ подают в направление стрелок 23 и 24 в полость картера 5, оттесняя моторное масло, исключая утечку в зоне наружного коренного подшипника.

В большегрузном автотранспорте, оборудованном пневмотормозами, сжатый воздух, прежде выбрасываемый в атмосферу после его использования (пневмокраном после торможения, краном стояночного тормоза, кранами открывания дверей салона автобуса, редукционными клапанами и т.п.) собирают в направлении стрелки 24-а в полость ресивера 13 (фиг.1), освобождают от конденсата и направляют в зону коренного подшипника по газопроводу 12 для предохранения утечки моторного масла путем его оттеснения в полость картера утилизированным сжатым воздухом в направлении указанных стрелок 24. При отсутствии компрессора на легковом транспорте (по причине торможения гидротормозами), для уплотнения наружных коренных подшипников коленчатого вала используют выхлопной газ, подаваемый по тому же пневмопроводу 12 (фиг.2) в кольцевой газовый канал 8 и оттесняющий масло в направлении стрелок 24 в полость картера, отсасывается эжекторной установкой 17, создающей за счет интенсивного течения выхлопных газов в зоне 25 значительный вакуум, посредством которого из полости картера 5 отсасывают отработавший газ (и газ, просочившийся в зазоры между стенками гильзы и поршнем) через штуцер 26, газопровод 27, в направлении стрелки 28.

Удаленный из полости картера газ смешивают в зоне 29 диффузора с выхлопными газами и при использовании специальных каталитических устройств обезвреживают (доокисляют) в выхлопной трубе 30, прежде чем удалить эти газы в атмосферу.

Предлагаемый узел уплотнения шейки коренного подшипника коленчатого вала 1 представляет собой следующее: в теле картера 5 и крышке 6 коренного подшипника выполняют пневмокольцевую канавку 8, обращенную к шейке 3 указанного коленчатого вала и соединяют эту канавку посредством пневмоканала 10, штуцера 11 и пневмопровода 12 с ресивером 13, аккумулирующим сжатый газ автотранспорта, обладающего компрессором для привода тормозной системы. В этом случае сжатый газ, отработавший при торможении, открывании дверей (на автобусах), пользовании стояночным тормозом и избыток сжатого газа при непрерывной работе компрессора не выбрасывают в атмосферу как прежде, а собирают (аккумулируют) отработавший сжатый газ в ресивер 13 и направляют его по цепи: ресивер 13 - пневмопровод 12-в - направление стрелок 19 к штуцеру 11 - пневмоканал 10 - кольцевая канавка 8.

Попав в пневмоканавку 8, сжатый газ равномерно распределяется вокруг шейки 3 в двух направлениях - в направление стрелок 22 ( к фланцу 4 крепления маховика) и в направлении стрелок 24 (в полость картера двигателя). В этом случае сжатый газ проходит в направление стрелки 23 еще одну маслосбросную канавку 7, взаимодействующую с центробежной шайбой 9. В то же время сжатый газ перемещается в указанных направлениях по двум кольцевым щелям 20 и 21, первая из которых, (щель 20) обладает большим диаметром и, естественно, большей пропускной способностью при истечении газа, а кольцевая щель 21 - меньшего диаметра, в сравнении с кольцевой щелью 20, пропускает соответственно меньшее количество сжатого газа. Первая из кольцевых щелей (щель 20) служит для интенсивного оттеснения пленки моторного масла обратно в полость картера (в направлении стрелок 24), а щель 21 предназначена для оттеснения пыли и влаги, поступающей извне. Непрерывно подаваемый в направлении стрелки 24-а (фиг.1) сжатый воздух оттесняет моторное масло в полость картера и исключает его утечку.

Сжатый газ, попавший в полость картера, отсасывается в направлении стрелки 28 (фиг.2) по пневмопроводу 27, через штуцер 26 в зону 25 эжекторного устройства, размещенного в зоне наибольшей скорости истечения выхлопных газов на стыке выпускного коллектора 14 и выхлопной трубы 3,0. Здесь отработавшие газы, перемещаемые в направление стрелок 16, встречают на своем пути частичное сопротивление эжекционного штуцера 17 и в полости коллектора поднимается давление, за счет которого отработавшие газы подаются в направлении стрелок 18 через штуцер 15 и трубопровод 12 к штуцеру 11 (фиг.1). Такая установка предпочтительна для автотранспорта с гидравлическим приводом тормозов, у которых отсутствует компрессор для нагнетания сжатого воздуха и вместо него используют выпускные газы двигателя. Здесь газы, попавшие под давлением (и влиянием вакуума эжекторной установки) в кольцевую канавку 8, действуют в указанных выше двух направлениях - по направлению стрелок 22 и направлению стрелок 24, оттесняя, в первом случае, пыль и влагу, а во втором, моторное масло в полость картера двигателя, исключая его утечку через практически не перекрытую щель.

Отработавшие газы, прошедшие через полость двигателя и смешавшиеся с гарью частично сгоревшего моторного масла, дожигаются в зоне 30, с применением каталитических устройств, обеспечивающих посредством процесса химического окисления несгоревших остатков качественное их обеззараживание до требуемых нормативов, касаемых выхлопных газов.

Известно, что в процессе эксплуатации тяжелого автотранспорта, применяющего сжатый газ для торможения и иных потребностей (например, открывания дверей, обеспечения стояночного торможения за счет пневмоэнергоаккумуляторов и т.п.), выбрасывают этот газ в атмосферу, как отработавший и в то же время для уплотнения коленчатого вала по его концам (в зоне переднего и заднего коренных подшипников) применяют сравнительно дорогие и ненадежные элементы уплотнения, являющиеся к тому же самыми расточительными источниками утечки моторного масла.

Аккумулируя нерационально используемый сжатый газ, представляется возможность продлить ему срок службы путем предварительного накопления, с целью направить сжатый газ в зону уплотнения коренных подшипников, где действием давления и скоростью истечения этим газом оттесняют моторное масло в полость картера, а также пыль и влагу, предохраняя детали двигателя от интенсивного износа.

Качество оттеснения моторного масла в зоне уплотнения вала будет тем эффективней, чем с большей скоростью и под большим давлением будет истекать сжатый газ, сдуваемый пленку масла с шейки коленчатого вала обратно в полость картера двигателя внутреннего сгорания. В этом случае решающую роль играет разница в диаметрах щелей, соединяющих пневмоканавку с атмосферой в зоне маховика и полостью картера. Если щель, соединяющая пневмоканавку с наружной сферой, будет предельно малой, то щель, соединяющая ту же пневмоканавку с полостью картера, должна быть большей, но на столько, чтобы, с одной стороны, повысить скорость истечения сжатого газа у поверхности шейки вала, а с другой - не уменьшить давление этого газа, чтобы не упала скорость течения указанного газа. Такой баланс весьма важен при использовании аккумулированного газа, заведомо зная, что пневмокомпрессор, нагнетающий атмосферный воздух в ресиверы для торможения, обладает сравнительно малой производительностью. В тоже время, если выполнить указанные щели предельно малыми, то совершенно очевидно, что воздуха, нагнетаемого компрессором, будет вполне достаточно, а качество оттеснения пленки масла с уплотняемой шейки коленчатого вала весьма существенно, так как сжатый воздух поступает в полость картера двигателя непрерывно и все это время он оттесняет масляную пыль, которая не может в этих условиях конденсироваться на поверхности шейки вала. Вместе с тем, благодаря действию эжекционной установки, размещенной на стыке впускного коллектора и выхлопной трубы, в полости картера двигателя образуется значительный вакуум, что исключает прежний избыток давления, посредством которого моторное масло вытеснялось из той же полости во все возможные щели. Теперь этим вакуумом обеспечивается интенсивная вентиляция полости картера, всегда избыточно загазованной отработавшими газами, проникающими в неплотности между поршнем и гильзой, обеспечивается значительное охлаждение деталей и моторного масла, обеспечивается интенсивный отсос масляной гари, которая на современных автобусах проникает в полость пассажирского салона и травит пассажиров. С применением предлагаемого устройства вся эта гарь будет своевременно отсасываться, вытесняться в зону размещения каталитических устройств и обеззараживаться.

В автотранспорте, где не предусмотрено наличие пневмокомпрессора, предлагается использовать давление выпускных газов, которые проведут ту же работу по оттеснению пленки моторного масла в полость картера двигателя с шейки коленчатого вала. В таком случае выпускные газы не повлияют на работу двигателя и качество смазочных веществ, ибо, как указывалось выше, они и без того интенсивно проникают в полость картера и, окислив масло, превращают его под действием высоких температур в ядовитую гарь, упомянутую ранее. Поэтому, использование выхлопных газов целесообразно еще и потому, что этих газов всегда в избытке, используются, как правило, газы отработавшие топлива в виде бензина, включающего минимум смол и прочих вязких компонентов. Вместе с тем, с повышением числа оборотов коленчатого вала повышается давление отработавших газов и, соответственно, повышается вероятность качественного оттеснения пленки моторного масла с шейки вала в полость картера. Что же касается эжекционной установки, то с ее применением мощность двигателя практически не уменьшится, ибо газ, не прошедший прямым путем в зону выпускной трубы, попадет в эту же трубу, пройдя окольный путь через полость картера двигателя, выполнив чрезвычайно важную работу - предохранит утечку моторного масла, сэкономив при этом применяемые для автотранспорта нефтепродукты. Вместе с тем, эжекторная установка за счет интенсивного отсоса повышает скорость истечения газа у повеpхности шейки вала, что при определенном диаметре щели (зазора между валом и картером) значительно повышается оттеснение масляной пленки и тумана из зоны уплотнения шейки вала, исключив при этом пользование традиционными маслостойкими сальниками, обладающими наряду с положительными рядом отрицательных черт.

Самым же важным в предложенной конструкции является отсутствие трущихся деталей (вал-сальник), постоянно конфликтующих из-за взаимного износа, от чего страдает народное хозяйство, нерационально теряющее смазочные масла во все возрастающем парке автотранспорта.