система смазки двигателя внутреннего сгорания и масляный фильтр для системы смазки

Формула изобретения

1. Система смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащая масляный картер, масляный насос с маслоприемником и напорным патрубком, соединенные с напорным патрубком главную масляную магистраль, содержащую фильтр очистки масла, и частично поточную масляную магистраль, содержащую фильтр тонкой очистки масла, выход которого соединен с масляным картером, отличающаяся тем, что частично поточная масляная магистраль имеет средство управления пропускной способностью в пределах 0,1-5% от пропускной способности главной масляной магистрали, установленное между фильтром тонкой очистки масла и напорным патрубком насоса, при этом масло подогревается на участке маслопровода, снабженного электронагревателем, подключенным к системе электропитания автомобиля, и поступает во входную полость фильтра тонкой очистки.

2. Система смазки по п.1, отличающаяся тем, что средство управления пропускной способностью частично поточной магистрали выполнено в виде сопла или вентиля с регулируемым проходным сечением.

3. Масляный фильтр системы смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с соосными фильтрующими элементами грубой и тонкой очистки, крышку, в которой выполнены периферийные входные отверстия и центральное выходное отверстие, отличающийся тем, что фильтрующие элементы грубой очистки выполнены из двух концентрично расположенных слоев фильтровального материала, а фильтрующий элемент тонкой очистки выполнен в виде насыпного материала между двух слоев фильтрующих элементов грубой очистки, состоящего из смеси мелкодисперсного материала с возможностью адсорбционного взаимодействия со смолой и дренажных гранул.

4. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что фильтровальный материал каждого слоя фильтрующих элементов грубой очистки выполнен в виде гофрированной бумаги или картона и укреплен между двух перфорированных цилиндров.

5. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что фильтровальный материал каждого слоя фильтрующих элементов грубой очистки выполнен в виде хлопчатобумажного волокна, намотанного на перфорированный цилиндр.

6. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что дренажные гранулы имеют размер 0,5-1,0 мм, представляют собой металлические или пластмассовые округлые частицы или речной песок.

7. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что дренажные гранулы смешаны с минеральным материалом типа “отбеливающие земли”.

8. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что дренажные гранулы смешаны с кизельгуром.

9. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что дренажные гранулы смешаны с кальцинированной содой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системе смазки двигателя внутреннего сгорания.

Известна система тонкой очистки масла по авторскому свидетельству СССР №1330335, ⁴МПК F 01 M 1/10. Система содержит масляную емкость (картер), масляный насос с маслоприемником (маслозаборником) и напорным патрубком, главную масляную магистраль, содержащую масляный фильтр (в описании средства очистки не показаны ввиду их очевидности), вспомогательную масляную магистраль, вход которой подсоединен к напорному патрубку, содержащую последовательно соединенные фильтр тонкой очистки, через который пропускают 15-20% масла, и золотник, органы управления которого подключены с одной стороны к главной масляной магистрали, а с другой стороны к выходу фильтра тонкой очистки во вспомогательной магистрали.

Указанная система решает задачу стабилизации пропускной способности фильтра в главной магистрали. Вспомогательная магистраль имеет значение резервного маслопровода, который перекрывается при падении давления масла в главной магистрали. Пропускная способность вспомогательной магистрали составляет 15-20% от пропускной способности главной магистрали. Объем масла во вспомогательной магистрали позволяет эффективно компенсировать изменение давления в главной магистрали в пределах 15-20%. Как сказано в описании, при полном открытии проходного сечения золотника давление снижается до атмосферного, давление на фильтре максимально ввиду его загрязненности и масло поступает только в главную магистраль, фильтровальная перегородка во вспомогательной магистрали подлежит замене. Также фильтр тонкой очистки решает задачу дополнительной тонкой очистки масла от механических примесей. Масло из вспомогательной магистрали сбрасывается в масляную емкость и степень очистки масла в системе повышается.

Недостаточно эффективна работа фильтра известной системы, так как схема фактически демонстрирует параллельную и взаимно зависимую работу двух фильтров. Повышение качества фильтрации достигается увеличением числа фильтров. Наличие во вспомогательной магистрали 15-20% масла рассчитывается как разностный объем масла в главной магистрали в начале и в конце рабочего цикла фильтра. Показатель 15-20% масла во вспомогательной магистрали связан единственно с паспортными характеристиками фильтра в главной магистрали при заданной производительности очистки масла в системе смазки.

Недостаточна тонкость очистки масла известной системы. Для существующих фильтров тонкой очистки масла, как следует из журнала "За рулем" 12/98, с.73, средняя тонкость отсева или размер частиц при полноте их отсева 50% d₅₀ составляет 20 мкм. Из графика на фиг.2 видно, что частицы диаметром 10 мкм и менее в основном остаются в масле. Их влияние на общий ресурс двигателя негативно и значимо. Фильтры в известной системе смазки автомобиля не рассчитаны на удаление смолы из масла.

Наиболее близкой изобретению является масляная система смазки дизеля (см. кн. В.А.Сомов. Смазка судовых дизелей. - Л.: Судостроение, 1965. - с.117), использующая частичнопоточную схему включения фильтра тонкой очистки. Эта система смазки содержит масляный картер, масляный насос с маслоприемником и напорным патрубком, соединенные с напорным патрубком главную масляную магистраль, содержащую фильтр очистки масла, и частичнопоточную масляную магистраль, содержащую фильтр тонкой очистки масла, выход которого соединен с масляньм картером. В большинстве случаев через фильтр тонкой очистки проходит 8-15% всего количества масла, подаваемого насосом. При повышенном расходе масла, при емкости масляной системы 7 литров, полное освежение масла происходит за 70 часов. Вместе с тем, система смазки не обеспечивает удовлетворительную тонкость очистки масла, не удаляет смолистые продукты и имеет короткий срок службы фильтрующих элементов (там же, с.76).

Известен полнопоточный фильтр системы смазки двигателя внутреннего сгорания по авторскому свидетельству СССР 1337536, ⁴МПК F 01 М 1/10, содержащий корпус с соосными фильтрующими элементами грубой и тонкой очистки, крышку с втулкой, в которой выполнены периферийные входные отверстия и центральное выходное отверстие. Фильтр также содержит дренажный и перепускной клапаны.

Известный фильтр не рассчитан для удаления смолы из масла, обеспечивает недостаточную степень очистки. Как показано выше, его d₅₀ составляет 20 мкм и более.

Технической задачей изобретения является:

1) повышение качества очистки масла путем удаления из него смол;

2) повышение степени тонкой очистки масла от механических примесей;

3) увеличение срока эксплуатации масла в системе смазки ДВС с сохранением гарантированных показателей качества масла. Как следствие, увеличение срока эксплуатации ДВС, увеличение срока безотказной работы ДВС, улучшение экологических показателей по наличию СО в составе выхлопных газов автомобиля.

Указанная техническая задача решается предлагаемыми изобретениями.

Заявляется система смазки ДВС, содержащая масляный картер, масляный насос с маслоприемником и напорным патрубком, соединенные с напорным патрубком главную масляную магистраль, содержащую фильтр очистки масла, и частичнопоточную масляную магистраль, содержащую фильтр тонкой очистки масла, выход которого соединен с масляным картером, отличающаяся тем, что частичнопоточная масляная магистраль имеет средство управления пропускной способностью в пределах 0,1-5% от пропускной способности главной масляной магистрали, установленное между фильтром тонкой очистки масла и напорным патрубком насоса, при этом масло подогревается на участке маслопровода, снабженного электронагревателем, подключенным к системе электропитания автомобиля, и поступает во входную полость фильтра тонкой очистки.

Средство управления пропускной способностью частичнопоточной магистрали выполнено в виде сопла или вентиля с регулируемым проходным сечением и установлено между фильтром тонкой очистки и напорным патрубком насоса.

Заявляется масляный фильтр системы смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с соосными фильтрующими элементами грубой и тонкой очистки, крышку, в которой выполнены периферийные входные отверстия и центральное выходное отверстие, отличающийся тем, что фильтрующие элементы грубой очистки выполнены из двух концентрично расположенных слоев фильтровального материала, а фильтрующий элемент тонкой очистки выполнен в виде насыпного материала между двух слоев фильтрующих элементов грубой очистки, состоящего из смеси мелкодисперсного материала с возможностью адсорбционного взаимодействия со смолой и дренажных гранул.

Фильтровальный материал каждого слоя фильтрующих элементов грубой очистки выполнен из гофрированной бумаги или картона и укреплен между двух перфорированных цилиндров.

Фильтровальный материал каждого слоя фильтрующих элементов грубой очистки может быть выполнен в виде хлопчатобумажного волокна, намотанного на перфорированный цилиндр.

Дренажные гранулы размером 0,5-1,0 мм представляют собой металлические или пластмассовые округлые частицы или речной песок.

Дренажные гранулы смешаны с минеральным диспергированным материалом типа "отбеливающие земли", например, кизельгур или смешаны с кальцинированной содой.

На фиг.1 показана схема системы смазки ДВС, на фиг.2 показана конструкция масляного фильтра тонкой очистки масла от смолы, на фиг.3 - вариант выполнения фильтра, на фиг.4 показана зависимость содержания смолы в масле от длительности эксплуатации.

Внутри масляного картера 1 установлен масляный насос 2. На крышке насоса закреплен маслоприемник 4, снабженный фильтрующей сеткой (не показана). С напорным патрубком 5 насоса соединены:

- главная масляная магистраль 6, содержащая последовательно соединенные полнопоточный фильтр очистки масла 7 с перепускным и обратным клапанами (не показаны), трубопроводы 8 для подвода масла потребителю (к узлам трения автомобиля), масляный радиатор 9 с выходом маслопровода к масляному картеру 1;

- частичнопоточная масляная магистраль 10, выход которой соединен с масляным картером 1 и которая содержит последовательно соединенные сопло или вентиль с регулируемым проходным сечением 11 и фильтр тонкой очистки 12. Масло, поступающее во входную полость фильтра тонкой очистки, подогревается на участке маслопровода, снабженного электронагревателем 13, подключенным к системе электропитания автомобиля. Вентиль функционирует как сопло, а регулировка проходного сечения вентиля используется, в основном, при настройке системы смазки: меньшее сечение в начале работы фильтра и большее в конце. Проходное сечение сопла выбирается с обеспечением пропускной способности магистрали в пределах 0,1-5% от пропускной способности главной масляной магистрали. Соответственно производительность фильтра тонкой очистки 12 в частичнопоточной масляной магистрали составляет 0,1-5% от производительности фильтра очистки масла 7 в главной масляной магистрали.

Среда "смола-масло" образуют азеотропную систему или совокупность компонент со сходными физико-химическими характеристиками (например, плотность) и отличаются способностью присоединения к каким-либо поверхностям, чем объясняется трудность выделения смолы из масла. Предлагаемое изобретение в отличие от известных систем смазки ДВС предотвращает накопление механических частиц размером 2-5 мкм и смол в системе смазки.

Заявляемый масляный фильтр содержит корпус 14, крышку 15. На периферии крышки выполнены входные отверстия 17 и центральное выходное отверстие 18, из которого масло отводится в картер 1.

Внутри корпуса 14 концентрично расположены два слоя фильтрующих элементов грубой очистки. Каждый слой содержит фильтровальный материал 19 и 20, выполненный в виде гофрированной бумаги или картона (фиг.2). Применение гофрированных фильтров известно. Они позволяют увеличить площадь фильтрующей поверхности, а тонкость очистки в таких фильтрах увеличивается от выступов (наружных участков фильтра) к впадинам гофров. Гофрированный фильтровальный материал укреплен между формообразующими перфорированными цилиндрами 21, 22 и 23, 24.

На фиг.3 фильтровальный материал 19, 20 выполнен в виде хлопчатобумажного волокна, намотанного на перфорированные цилиндры 21 и 23 соответственно.

Толщина бумаги, картона, намотки 0,3-1 мм. Их основная роль - удержать между слоями 19 и 20 насыпной материал, обеспечивающий удаление из масла смолы и механических частиц размером 2-5 мкм.

Насыпной материал состоит из смеси дренажных гранул 25 размером 0,5-1 мм и мелкодисперсного минерального материала 26 типа "отбеливающие земли", например, кизельгур. Этот материал имеет свойство смачивания маслом и смолой и адсорбировать смолу на своей поверхности при пропускании масла. Подогрев масла перед тонкой фильтрацией посредством электронагревателя 13 усиливает способность разделения масла и смолы на поверхности кизельгура.

Дренажные гранулы нейтральны по отношению к маслу и смоле и могут быть выполнены в виде металлических, пластмассовых округлых частиц, силикатного (речного) песка. Гранулы заполняют весь внутренний объем между слоями грубой очистки. В разрезе гранулы образуют неразрывную разветвленную поверхность, вдоль которой масло растекается по всему объему насыпного материала.

Очищаемое масло из напорного патрубка 5 подогревается на участке маслопровода, снабженного электронагревателем 13, до 100-150°С и поступает во входную полость 27 фильтра 12. Грубая очистка от механических частиц размером 20-50 мкм очищается посредством фильтрующего слоя 20. Интенсивность загрязнения этого слоя, по крайней мере, в 20 раз ниже срока эксплуатации фильтра 7 в главной магистрали при сравнимых габаритах фильтров. Это создает резерв работоспособности фильтра 12 и возможность усовершенствования фильтра 12 в этой части. Подогрев увеличивает прокачиваемость масла и смолы через насыпной слой тонкой очистки. Масло и смола проникают в насыпной слой на всю глубину вдоль поверхности дренажных гранул 25. Свойство адсорбировать смолу на поверхности кизельгура способствует удержанию смолы в порах мелкодисперсного насыпного материала. Масло без залипания проходит насыпной слой, слой 19 грубой очистки и через выходную полость 28 поступает в картер. Эксплуатационные качества очищенного масла аналогичны свежему маслу. Заявляемый фильтр обеспечивает очистку от смолы, а также от мелких частиц, в том числе графита размером 2-5 мкм и менее. Свойство адсорбировать смолу на своей поверхности имеет также кальцинированная сода, которая также может быть применена в качестве мелкодисперсного компонента.

При работе системы смазки ДВС потребляемый объем масла обеспечивается функционированием главной масляной магистрали 6, содержащей полнопоточный фильтр 7. Масло от потребителя проходит радиатор 9, частично охлаждается, сбрасывается в картер, основной поток масла 95-99% очищается фильтром 7 в главной масляной магистрали и вновь поступает потребителю. При этом частицы размером 20 мкм и более имеют отсев 50%. Частицы менее 10 мкм и смола не задерживаются фильтрующей перегородкой фильтра 7. В начальной стадии эксплуатации масла влияние таких продуктов на качество работы системы смазки невелико ввиду их малых размеров и небольшого количества. Однако, они имеют свойство накопления, так как практически не поддаются фильтрации. К моменту штатной замены фильтра 7 объем мельчайших частиц и смолы возрастает до значительного и может составить 20% и более от общего объема масла.

Частичнопоточная магистраль с потребителями масла непосредственно не связана. Сопло 11 и фильтр 12 в этой магистрали рассчитаны на пропускную способность магистрали 0,1-5% от пропускной способности главной магистрали. Малая производительность фильтра позволяет обеспечить тонкость очистки от твердых частиц размером 2-5 мкм и менее и от смолы. При этом габариты фильтра 12 могут быть равновелики или менее габаритов полнопоточного фильтра. Отвод 5% объема масла не вызывает заметного снижения давления и производительности главной масляной магистрали. В картер постоянно поступает 1/20 массовая часть чистого, без графита и смолы масла. То есть, в ходе работы двигателя постепенно происходит процесс обновления масла в картере, аналогичный частичной замене свежим маслом отработанного масла. Если фильтр 7 в главной масляной магистрали обеспечивает полноту отсева частиц на фильтровальной перегородке в соответствии с гарантированными техническими характеристиками, то фильтр 12 в частичнопоточной магистрали, не имея непосредственного выхода на потребителя, очищает масло не все сразу, а постепенно. При работе заявляемой системы смазки ДВС в масле не наблюдается накопление смолы. На фиг.4 показана зависимость содержания смолы в масле от длительности эксплуатации: кривая 1 соответствует наличию полнопоточного фильтра тонкой очистки, пилообразная кривая 2 иллюстрирует сущность работы заявленного частичнопоточного фильтра.

Значение производительности фильтра 12 0,1-5% определено опытным путем. Лабораторный анализ состава отработавшего масла показал, что объем смол составляет 5-10% на 5000 км пробега автомобиля или 0,001% на 1 км пробега, то есть накопление смолы в отработавшем масле является медленно протекающим процессом. Пропускная способность 0,1% учитывает экспериментально установленную интенсивность накопления смолы в масле. Производительность частичнопоточной магистрали более 5% снизит преимущество тонкой очистки, так как потребует значительного увеличения габаритов фильтра с одной стороны, а с другой стороны такой производительности достаточно на срок замены полнопоточного фильтра - 10000 км.

Удаление смолы и механических частиц размером 2-5 мкм увеличивают срок эксплуатации масла вплоть до отказа от периодической замены масла в системе. Заменяют только фильтры. Повышение эффективности работы фильтра в главной магистрали увеличивает срок эксплуатации ДВС, увеличивает срок безотказной работы ДВС, улучшает экологические показатели по наличию СО в составе выхлопных газов автомобиля.