RU2636963C1

RU2636963C1 - System for lubricating internal combustion engine with dry crankcase

Info

Publication number: RU2636963C1
Application number: RU2016141742A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Бондарь; Владимир Владимирович Егоров; Олег Иванович Быстров; Алексей Алексеевич Хилай; Максим Петрович Грабец
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2017-11-29

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: lubrication system of an internal combustion engine with a dry crankcase, comprising an oil tank, a drain pump which sections inlets are communicated with oil intakes of an engine case, an oil feed pump which inlet is communicated with the oil tank, and which outlet is connected to the main line of the engine, an oil heat exchanger, which outlet communicates with the oil tank, a drainage pipe connecting the oil tank with the crankcase, at that the system comprises an additional oil pump, and the oil tank consists of two sections communicating with each other with the possibility of free flow of excess oil from one section to another, the outlet of the drain oil pump and the inlet to the additional oil pump communicate with the first section of the oil tank, the outlet of the oil heat exchanger and the inlet to the feed oil pump are communicate with the second section of the oil tank, and the outlet of the additional oil pump communicates with the inlet of the heat exchanger.

EFFECT: improved efficiency of lubrication system of engine with dry crankcase.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции систем смазки двигателей с сухим картером.The invention relates to the field of engine building, and in particular to the design of lubrication systems for dry sump engines.

Из уровня техники известна система смазки двигателя с сухим картером (патент на изобретение №2017983, кл. F01M 11/00), состоящая из масляного бака, откачивающего насоса, нагнетательного насоса и соединительных трубопроводов.The prior art lubrication system for a dry sump engine (patent for invention No. 2017983, class F01M 11/00), consisting of an oil tank, a suction pump, a discharge pump and connecting pipelines, is known.

Недостатком такой системы является отсутствие масляного холодильника, вследствие чего температура масла может колебаться в довольно широких пределах. Неконтролируемое повышение температуры может привести к перегреву пар трения. Переохлаждение масла так е отрицательно сказывается на смазке трущихся пар и параметрах двигателя.The disadvantage of this system is the lack of an oil cooler, as a result of which the oil temperature can fluctuate over a fairly wide range. Uncontrolled temperature increase can lead to overheating of friction pairs. Subcooling of oil also negatively affects the lubrication of rubbing steam and engine parameters.

Также из уровня техники известна система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Из-д. 4. Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М., Машиностроение, 1990 г., с. 168-170, рис. 132), содержащая масляный бак, откачивающий насос, входы секций которого сообщены с маслозаборниками картера двигателя, а выходы - с теплообменником, нагнетательный масляный насос, вход которого сообщен с масляным баком, а выход - с главной магистралью двигателя, масляный теплообменник, выход которого сообщен с масляным баком. Особенностью системы является то, что откачивающий маслонасос имеет по меньшей мере 2-кратную производительность по отношению к нагнетающему. В результате этого в теплообменник подается масляно-газовая смесь нестабильного состава со средним объемным соотношением масла и газа ориентировочно 1:1.Also known from the prior art is a lubrication system for an internal combustion engine with a dry crankcase (Internal combustion engines. Design and operation of reciprocating and combined engines. Izd. 4. Edited by A.S. Orlin and M.G. Kruglov. M., Engineering, 1990, pp. 168-170, Fig. 132), containing an oil tank, a pump out, the sections of which are connected to the oil inlets of the engine crankcase, and the outputs to a heat exchanger, a pressure oil pump, the inlet of which is connected to the oil tank, and the output is with the main line of the engine, oil heat bmennik, the output of which communicates with the oil tank. A feature of the system is that the pumping oil pump has at least 2 times the capacity in relation to the pumping pump. As a result, an oil-gas mixture of an unstable composition with an average volumetric ratio of oil to gas of approximately 1: 1 is supplied to the heat exchanger.

Рассматриваемая система лишена отмеченного недостатка. Наличие в системе масляного теплообменника позволяет регулировать температуру масла, поддерживая ее на заданном уровне.The system under consideration is devoid of a noted drawback. The presence of an oil heat exchanger in the system allows you to adjust the oil temperature, maintaining it at a given level.

Однако рассматриваемой системе присущ ряд недостатков:However, the system under consideration has a number of disadvantages:

1. Низкая эффективность теплообменника, поскольку та часть внутренней поверхности теплообменника, которая в текущий момент времени соприкасается с газом, не участвует в теплообмене.1. Low efficiency of the heat exchanger, since the part of the inner surface of the heat exchanger that is currently in contact with the gas is not involved in heat transfer.

2. Существует вероятность сохранения пузырьков газа в охлажденном масле с дальнейшим попаданием этих пузырьков в нагнетающий маслонасос, что негативно отражается на смазке пар трения в ДВС.2. There is a likelihood that gas bubbles will remain in the chilled oil with further penetration of these bubbles into the oil pump, which negatively affects the lubrication of friction pairs in the internal combustion engine.

3. Неконтролируемые поступления газа в теплообменник приводят к колебаниям температуры масла на выходе из него, а следовательно, колебаниям температуры масла в баке и на входе в двигатель. Этот недостаток системы имеет существенное значение при теплобалансных испытаниях двигателя, при которых колебания температуры масла на входе или выходе из двигателя являются недопустимыми.3. Uncontrolled flow of gas into the heat exchanger leads to fluctuations in the temperature of the oil at the outlet of it, and therefore to fluctuations in the temperature of the oil in the tank and at the inlet of the engine. This drawback of the system is essential for heat-balanced engine tests, in which fluctuations in the temperature of the oil at the inlet or outlet of the engine are unacceptable.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в улучшении охлаждения масла и стабилизации потока масла и его температуры на входе в двигатель и, как следствие, повышении эффективности системы смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером.The technical result of the claimed invention consists in improving the cooling of the oil and stabilizing the flow of oil and its temperature at the inlet of the engine and, as a result, increasing the efficiency of the lubrication system of the internal combustion engine with a dry sump.

Указанный технический результат достигается за счет того, система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером, содержащая масляный бак, откачивающий насос, входы секций которого сообщены с маслозаборниками картера двигателя, нагнетательный масляный насос, вход которого сообщен с масляным баком, а выход - с главной магистралью двигателя, масляный теплообменник, выход которого сообщен с масляным баком, и дренажную трубу, соединяющую масляный бак с картером, согласно изобретению содержит дополнительный масляный насос, а масляный бак состоит их двух секций, сообщенных между собой с возможностью свободного перелива избытка масла из одной секции в другую, выход из откачивающего масляного насоса и вход в дополнительный масляный насос сообщены с первой секцией масляного бака, выход из масляного теплообменника и вход в нагнетательный масляный насос сообщены со второй секцией масляного бака, а выход из дополнительного масляного насоса сообщен с входом в теплообменник.This technical result is achieved due to the fact that the lubrication system of an internal combustion engine with a dry crankcase contains an oil tank, a pump out, the inputs of the sections of which are connected to the oil intakes of the engine crankcase, an injection oil pump, the inlet of which is connected to the oil tank, and the output - to the main line engine, oil heat exchanger, the output of which is in communication with the oil tank, and a drainage pipe connecting the oil tank to the crankcase, according to the invention contains an additional oil pump, and oil The second tank consists of two sections, interconnected with the possibility of free overflow of excess oil from one section to another, the exit from the pumping oil pump and the entrance to the additional oil pump are in communication with the first section of the oil tank, the exit from the oil heat exchanger and the entrance to the discharge oil pump communicated with the second section of the oil tank, and the output of the additional oil pump communicated with the entrance to the heat exchanger.

При этом секции масляного бака могут быть образованы посредством перегородки, частично перекрывающей поперечное сечение масляного бака, и сообщаться между собой посредством зазора между упомянутой перегородкой и верхней стенкой масляного бака.In this case, sections of the oil tank can be formed by means of a partition partially overlapping the cross-section of the oil tank and communicate with each other by a gap between the said partition and the upper wall of the oil tank.

Также секции масляного бака могут быть сообщены одна с другой посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла.Also, sections of the oil tank can be communicated with each other by means of a pipe with a cross section sufficient for free overflow of excess oil.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером; на фиг. 2 и 3 изображен масляный бак, выполненный в виде отдельных емкостей, сообщенных одна с другой посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла. При этом фиг. 2 соответствует случаю, когда в правой полости В масляного бака появляется избыток масла, а на фиг. 3 - случаю, когда избыток масла появляется в полости А. Так, на фиг. 1 система смазки содержит масляный бак 1, состоящий из двух секций А и В, откачивающий масляный насос 2, содержащий по меньшей мере две секции, нагнетательный масляный насос 3, масляный теплообменник 4 и дополнительный масляный насос 5.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a lubrication system of an internal combustion engine with a dry sump; in FIG. Figures 2 and 3 show an oil tank made in the form of separate containers communicated with each other by means of a pipe with a cross section sufficient for free overflow of excess oil. In this case, FIG. 2 corresponds to the case when an excess of oil appears in the right cavity B of the oil tank, and in FIG. 3 - to the case when an excess of oil appears in cavity A. So, in FIG. 1, the lubrication system comprises an oil tank 1, consisting of two sections A and B, a pump out oil pump 2, containing at least two sections, a pressure oil pump 3, an oil heat exchanger 4 and an additional oil pump 5.

При этом входы 2.1 и 2.2 секций откачивающего масляного насоса 2 сообщены с маслозаборниками картера 6 двигателя внутреннего сгорания, а выходы 2.3 и 2.4 - с первой секцией А масляного бака 1. Вход 5.1 в дополнительный масляный насос 5 сообщен с первой секцией А масляного бака 1, а выход 5.2 - с масляным теплообменником 4. Выход 4.1 из масляного теплообменника 4 сообщен со второй полостью В бака 1. Со второй секцией В масляного бака 1 сообщен вход 3.1 в нагнетательный масляный насос 3. Выход 3.2 из нагнетательного масляного насоса 3 сообщен с главной масляной магистралью 7 двигателя. Кроме того, масляный бак 1 сообщен с полостью картера 6 дренажной трубой 8. На масляном баке 1 имеется заливная горловина 9. В масляном баке выполнена перегородка 10, частично перекрывающая его поперечное сечение.In this case, the inputs 2.1 and 2.2 of the sections of the pumping oil pump 2 are in communication with the oil intakes of the crankcase 6 of the internal combustion engine, and the outputs 2.3 and 2.4 are connected to the first section A of the oil tank 1. The input 5.1 to the additional oil pump 5 is connected to the first section A of the oil tank 1, and outlet 5.2 - with an oil heat exchanger 4. Exit 4.1 from the oil heat exchanger 4 is in communication with the second cavity B of tank 1. The second section B of the oil tank 1 is connected to the input 3.1 to the pressure oil pump 3. The output 3.2 from the pressure oil pump 3 is connected to the main oil magicians Pass 7 engine. In addition, the oil tank 1 is in communication with the crankcase 6 by a drain pipe 8. On the oil tank 1 there is a filler neck 9. A partition 10 is made in the oil tank, partially overlapping its cross section.

Первая секция А и вторая секция В масляного бака 1 могут быть сообщены друг с другом посредством перегородки, частично перекрывающей поперечное сечение масляного бака 1, либо посредством патрубка с сечением, достаточным для свободного перелива избытка масла.The first section A and the second section B of the oil tank 1 can be communicated with each other by means of a partition partially overlapping the cross section of the oil tank 1, or by means of a pipe with a cross section sufficient for free overflow of excess oil.

Прочие элементы системы смазки: фильтры, клапаны различного назначения, манометры и пр., а также подключение трубопроводов к масляному баку 1 на фиг. 2 и 3 условно не показаны.Other elements of the lubrication system: filters, valves for various purposes, manometers, etc., as well as the connection of pipelines to the oil tank 1 in FIG. 2 and 3 are conventionally not shown.

Система смазки двигателя внутреннего сгорания с сухим картером работает следующим образом.The lubrication system of an internal combustion engine with a dry sump operates as follows.

Нагнетательный масляный насос 3 забирает масло из второй секции В масляного бака 1 и подает его в главную магистраль 7 двигателя внутреннего сгорания для смазки пар трения.The pressure oil pump 3 draws oil from the second section B of the oil tank 1 and delivers it to the main line 7 of the internal combustion engine to lubricate the friction pairs.

Масло, стекающее с пар трения, собирается в углублениях картера 6 двигателя, откуда забирается секциями откачивающего масляного насоса 2 и направляется в первую секцию А масляного бака 1. Поскольку производительность откачивающего масляного насоса 2 существенно больше производительности нагнетающего масляного насоса 3, то одновременно с полной откачкой масла из картера 6 двигателя откачивающий масляный насос 2 дополнительно забирает примерно такой же объем картерных газов, и образовавшаяся газомасляная смесь, интенсивно перемешанная в откачивающем масляном насосе 2, подается в первую секцию А масляного бака 1. В этой секции масляного бака 1 происходит основное отделение газа от масла и масло дополнительным масляным насосом 5 из нижней части первой секции А масляного бака 1 подается в масляный теплообменник 4. При этом отделившиеся картерные газы возвращаются в картер 6 по дренажной трубе 8.The oil flowing from the friction pairs is collected in the recesses of the crankcase 6 of the engine, from where it is taken by the sections of the pumping oil pump 2 and sent to the first section A of the oil tank 1. Since the capacity of the pumping oil pump 2 is significantly greater than the capacity of the pumping oil pump 3, at the same time as complete pumping oil from the crankcase 6 of the engine, the pumping oil pump 2 additionally takes about the same amount of crankcase gases, and the resulting gas-oil mixture, intensively mixed in the oil pump 2 is fed into the first section A of the oil tank 1. In this section of the oil tank 1, the main gas is separated from the oil and the oil is supplied by the additional oil pump 5 from the lower part of the first section A of the oil tank 1 to the oil heat exchanger 4. crankcase gases are returned to the crankcase 6 through the drain pipe 8.

Низкое содержание газа в масле обеспечивает стабильное течение масла в каналах масляного теплообменника 4, стабильный процесс теплообмена и стабильную температуру охлажденного масла, поступающего из масляного теплообменника 4 во вторую секцию В масляного бака 1.The low gas content in the oil ensures a stable flow of oil in the channels of the oil heat exchanger 4, a stable heat transfer process and a stable temperature of the cooled oil coming from the oil heat exchanger 4 into the second section B of the oil tank 1.

Во второй секции В масляного бака 1 происходит повторное и окончательное отделение газов, и качественно очищенное от газов масло со стабильной температурой подается нагнетающим масляным насосом 3 через главную магистраль 7 двигателя к парам трения в двигателе.In the second section B of the oil tank 1, a repeated and final separation of gases occurs, and the oil with a stable temperature, cleaned from gases, is supplied by a pressure oil pump 3 through the main line 7 of the engine to the friction pairs in the engine.

Как правило, нагнетающий масляный насос 3 и откачивающий масляный насос 2 имеют привод от коленчатого вала двигателя, поэтому их производительность зависит от частоты вращения коленчатого вала.As a rule, the injection oil pump 3 and the evacuation oil pump 2 are driven by the engine crankshaft, therefore their performance depends on the speed of the crankshaft.

Дополнительный масляный насос 5 может иметь автономный привод и его производительность в широком диапазоне режимов может быть больше или меньше, чем производительность нагнетательного масляного насоса 3.The additional oil pump 5 may have a standalone drive and its performance in a wide range of modes may be more or less than the capacity of the discharge oil pump 3.

Рассмотрим работу системы смазки в случае различных производительностей нагнетательного масляного насоса 3 и дополнительного масляного насоса 5.Consider the operation of the lubrication system in the case of different capacities of the discharge oil pump 3 and the additional oil pump 5.

На фиг. 2 и 3 под позицией 12 показан примерный исходный уровень масла в баке перед началом работы двигателя. Видно, что высота перегородки 10 (см. фиг. 1) либо нижний край патрубка 11 (см. фиг. 2 и 3) расположены примерно на исходном уровне 12 масла.In FIG. 2 and 3, at 12, an approximate initial oil level in the tank is shown before starting the engine. It can be seen that the height of the partition 10 (see Fig. 1) or the lower edge of the pipe 11 (see Fig. 2 and 3) are located approximately at the initial level 12 of the oil.

При низких частотах вращения коленчатого вала двигателя производительность нагнетательного масляного насоса 3 может оказаться меньше, чем производительность дополнительного масляного насоса 5. Таким образом, скорость откачки масла нагнетательным масляным насосом 3 из второй секции В масляного бака 1 окажется меньше, чем скорость его подачи в эту же секцию В дополнительным масляным насосом 5, и уровень масла во второй секции В начнет повышаться, а в первой секции А, наоборот, понижаться.At low engine speeds, the output of the oil pump 3 may be lower than the performance of the additional oil pump 5. Thus, the speed of pumping oil by the oil pump 3 from the second section B of the oil tank 1 will be lower than the speed of its supply to the same section B with an additional oil pump 5, and the oil level in the second section B will begin to rise, and in the first section A, on the contrary, decrease.

Поскольку первая секция А и вторая секции В масляного бака 1 сообщены между собой с возможностью свободного перелива избытка масла из одной в другую, то в первой секции А установится некоторый пониженный уровень масла 14 (см. фиг. 2), а в секции В - повышенный уровень 13. Из-за этого перепада уровней излишек масла из второй секции В будет свободно переливаться в первую секцию А.Since the first section A and the second section B of the oil tank 1 are interconnected with the possibility of free overflow of excess oil from one to another, then in the first section A a certain reduced oil level 14 will be established (see Fig. 2), and in section B an increased level 13. Due to this level difference, the excess oil from the second section B will freely overflow into the first section A.

При работе двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала производительность нагнетательного масляного насоса 3 может оказаться выше, чем производительность дополнительного масляного насоса 5, и скорость откачки масла из первой секции А масляного бака 1 (см. фиг. 3) окажется выше, чем скорость его поступления в эту секцию. Количество масла в секции А будет расти до некоторого уровня 15, а в секции В снижаться до уровня 16. Под действием образовавшегося перепада уровней излишек масла из первой секции А масляного бака 1 будет свободно и равномерно перетекать во вторую секцию В.When the engine is operating at high crankshaft speeds, the productivity of the oil pump 3 may be higher than the performance of the additional oil pump 5, and the speed of pumping oil from the first section A of the oil tank 1 (see Fig. 3) will be higher than its speed into this section. The amount of oil in section A will increase to a certain level of 15, and in section B it will decrease to level 16. Under the influence of the resulting level difference, excess oil from the first section A of the oil tank 1 will freely and evenly flow into the second section B.

При работе двигателя на произвольном, но установившемся режиме, производительность откачивающего масляного насоса 2, нагнетательного масляного насоса 3 и дополнительного масляного насоса 5 будет постоянной, следовательно, перетекание масла между секциями А и В будет иметь стабильный характер и не отразится на стабильности температуры масла в баке.When the engine is operating in an arbitrary but steady state, the performance of the pumping oil pump 2, injection oil pump 3 and additional oil pump 5 will be constant, therefore, the flow of oil between sections A and B will be stable and will not affect the stability of the temperature of the oil in the tank .

Перетекание масла между секциями в случае применения масляного бака 1 с перегородкой 10 (фиг. 1) происходит аналогично, как и в случае, когда первая А и вторая секции Б масляного бака 1 сообщаются между собой посредством патрубка 11 (см. фиг. 2 и 3).The flow of oil between the sections in the case of the use of the oil tank 1 with the partition 10 (Fig. 1) occurs in the same way as in the case when the first A and second sections B of the oil tank 1 communicate with each other through the pipe 11 (see Fig. 2 and 3 )

Claims

1. The lubrication system of an internal combustion engine with a dry crankcase, containing an oil tank, a pump out, the inputs of the sections of which are connected to the oil intakes of the engine crankcase, a pressure oil pump, the input of which is in communication with the oil tank, and the output - with the main line of the engine, oil heat exchanger, output which is in communication with the oil tank, a drainage pipe connecting the oil tank to the crankcase, characterized in that the system comprises an additional oil pump, and the oil tank consists of two sections communicated between with the possibility of free overflow of excess oil from one section to another, the exit from the pumping oil pump and the entrance to the additional oil pump are in communication with the first section of the oil tank, the exit from the oil heat exchanger and the entrance to the discharge oil pump are in communication with the second section of the oil tank, and the output from an additional oil pump communicated with the entrance to the heat exchanger.

2. The system according to claim 1, characterized in that the sections of the oil tank are formed by a partition partially overlapping the cross section of the oil tank.

3. The system according to claim 1, characterized in that the sections of the oil tank are connected to each other by means of a pipe with a cross section sufficient for free overflow of excess oil.