Дизельный двигатель с V-образным расположением рядов цилиндров

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, а именно к двигателестроению и предназначена для использования в дизель-генераторных установках транспортно-технологических средств.
Из уровня техники известны многоцилиндровые V-образные дизельные двигатели различных компоновок, которые являются приводом различных устройств и механизмов.
Известен V-образный ДВС с турбонаддувом, содержащий впускные коллекторы, расположенные в развале двигателя, и турбокомпрессор, установленный в торце развала и снабженный компрессором с улиткой. Впускные коллекторы подсоединены к впускным отверстиям цилиндров. Устройство содержит воздухонапорные патрубки от турбокомпрессора, каждый из которых подключен к одному из коллекторов и снабжен, по меньшей мере, одним ответвлением для отвода сжатого воздуха. Это ответвление подключено к цилиндру, примыкающему к торцу, а впускные коллекторы подсоединены к впускным отверстиям остальных цилиндров. Патрубки подключены к коллекторам через разъемные соединения, а ответвление также подключено к цилиндру при помощи разъемного соединения (а.с. SU №1296735, опубл. 15.03.87. Бюл. №10).
В известном устройстве турбокомпрессор частично размещен в V-образном развале ДВС, что компенсирует, но не в полной мере, недостатки других известных многоцилиндровых V-образных ДВС, связанные с увеличенными габаритными размерами. Это достигнуто за счет выполнения улитки компрессора парциальной и совмещения с улиткой впускных патрубков крайних цилиндров двигателя. Такое выполнение устройства привело, в свою очередь, к появлению ряда недостатков:
- увеличение габаритного размера из-за внешнего расположения впускных коллекторов;
- ухудшению надежности конструкции стыков и условий работы уплотнений вследствие закрепления турбокомпрессора одновременно на двух поверхностях, принадлежащих разным рядам цилиндров.
- не решена задача улучшения компактности конструкции из-за неиспользования части габаритного объема непосредственно под турбокомпрессором в нижней части развала двигателя.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является дизельный двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров, содержащий блок цилиндров (блок-картер), переднюю крышку блока цилиндров (блок-картера) с передней манжетой коленчатого вала, коленчатый вал, имеющий на переднем носке шкив привода агрегатов и шестерню привода масляного насоса, а на заднем - маховик, систему смазки с масляным картером, масляным насосом, маслозаливным патрубком, масляным щупом, центробежным фильтром очистки масла и масляными каналами, систему питания топливом с ручным топливоподкачивающим насосом, муфтой опережения впрыска топлива и топливным фильтром. Известный двигатель содержит систему охлаждения, имеющую водяной насос, привод вентилятора и водяного насоса, муфту привода вентилятора, крыльчатку вентилятора, коробку водяную, соединение патрубка впускных коллекторов с охладителем наддувочного воздуха типа "вода - воздух", систему вентиляции картера, систему турбонаддува, соединение компрессора с охладителем наддувочного воздуха, выпускные коллекторы, ременный привод генератора, генератор. Передний торец блока цилиндров (блок-картера) выполнен с дополнительными и измененными масляными каналами, с дополнительной расточкой и крепежными отверстиями под установку оси промежуточной шестерни, с поднятой до развала блока цилиндров (блок-картера) верхней уплотнительной поверхностью и с вынесенными за уплотнительную поверхность крепежными отверстиями для установки центробежного фильтра, передняя крышка блока цилиндров (блок-картера) выполнена с поднятой до развала двигателя верхней уплотнительной поверхностью и крепежными отверстиями, с дополнительными расточками под установку муфты привода вентилятора, водяного насоса и корпуса передней манжеты, на переднем носке коленчатого вала установлена дополнительная шестерня привода вентилятора и водяного насоса, центробежный фильтр очистки масла установлен в передней части левого ряда блока цилиндров (блок-картера), водяной насос имеет на переднем носке валика крыльчатку и шестерню привода - на заднем носке, привод водяного насоса осуществлен с помощью шестерен. Охладитель наддувочного воздуха типа "вода - воздух" выполнен с двумя входными и двумя выходными отверстиями. Известный дизель содержит систему турбонаддува с двумя турбокомпрессорами, установленными непосредственно на фланцах левого и правого задних выпускных коллекторов. Выпускные коллекторы выполнены с разделением потока отработавших газов от цилиндров двигателя в соответствии с порядком работы цилиндров (пат. RU №16385 U1, F02B 75/22, опубл. 27.12.2000).
Недостатком известного технического решения является то, что два турбокомпрессора системы турбонаддува с задними и передними выпускными коллекторами расположены с внешней стороны двигателя, а впускной коллектор разделен на два патрубка, находящихся в развале двигателя, что приводит к увеличению габаритного размера и массы двигателя.
Техническим результатом является улучшение массо-габаритных характеристик заявляемого двигателя.
Технический результат достигается тем, что известный дизельный двигатель с V-образным расположением рядов цилиндров, установленных на блок-картере, выполненном литым и образующих V-образный развал, содержит систему газотурбинного наддува, в том числе турбокомпрессоры, установленные в задней части двигателя, устройство промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, маховик, картер маховика, впускной коллектор с впускными воздушными патрубками, расположенными в V-образном развале, а также выпускные коллекторы отработавших газов, сообщенные посредством газовых патрубков с турбинами турбокомпрессоров.
Новым является то, что дизельный двигатель дополнительно содержит картер агрегатов привода механизма газораспределения, размещенный между блок-картером и картером маховика для установки турбокомпрессоров над маховиком в торцах рядов цилиндров. Выпускные коллекторы и выпускные газовые патрубки, соединяющие турбокомпрессоры с рядами цилиндров, расположены в развале двигателя. Впускной коллектор выполнен в виде полости в отливке блок-картера, причем полость по форме повторяет контур блок-картера и расположена в центральной верхней части блок-картера, а со стороны, противоположной стороне подачи наддувочного воздуха, полностью перекрыта картером агрегатов привода механизма газораспределения, при этом в полости выполнены выходные окна для прохождения наддувочного воздуха в головки цилиндров.
Для уменьшения ширины двигателя по сравнению с прототипом, где турбокомпрессоры расположены с внешней стороны двигателя, в конструкции дополнительно предусмотрен картер агрегатов привода механизма газораспределения, на котором установлены турбокомпрессоры. Упомянутый картер агрегатов расположен между блок-картером и картером маховика.
Такое техническое решение позволяет расположить турбокомпрессоры над маховиком в торцах рядов цилиндров и, тем самым, обеспечить уменьшение габаритного размера двигателя. С этим также связана возможность размещения выпускных коллекторов и выпускных газовых патрубков в развале двигателя, что позволяет уменьшить габаритный размер двигателя.
Техническая задача заявляемой полезной модели достигается также тем, что для уменьшения массы двигателя, в сравнении с прототипом, где впускной коллектор разделен на два воздушных патрубка, в конструкции заявляемой полезной модели двигателя впускной коллектор выполнен в виде полости в отливке блок-картера. Для уменьшения ширины блок-картера, а, соответственно, и двигателя в целом, полость расположена в центральной верхней части блок-картера и по форме повторяет контур блок-картера. С целью выполнения функций впускного коллектора полость полностью перекрыта картером агрегатов привода механизма газораспределения со стороны, противоположной стороне подачи наддувочного воздуха. С этой же целью в полости выполнены выходные окна для прохождения наддувочного воздуха в головки цилиндров.
Сущность заявленной полезной модели поясняется представленными графическими материалами.
На фиг. 1 - Общий вид дизельного двигателя, вид слева спереди;
На фиг. 2 - Общий вид дизельного двигателя, вид справа сзади;
На фиг. 3 - Продольный разрез дизельного двигателя, вид слева;
На фиг. 4 - Продольный разрез дизельного двигателя, вид справа.
Дизельный двигатель (фиг. 1 - фиг. 4) с V-образным расположением рядов цилиндров 1.1, 1.2 содержит индивидуальные головки 2.1-2.12 цилиндров, блок-картер 3, водомасляный теплообменник 4, впускной коллектор 5 наддувочного воздуха, выходные окна 6.1-6.12 для прохождения надувочного воздуха в головки цилиндров, впускные воздушные патрубки 7.1-7.10, турбокомпрессоры 8.1, 8,2, кронштейны 9.1, 9.2 крепления турбокомпрессоров, выпускные газовые патрубки 10.1, 10.2, выпускные коллекторы 11.1, 11.2, устройство промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, содержащее охладители 12.1, 12.2, картер 13 агрегатов привода механизма газораспределения, маховик 14, картер 15 маховика, передний картер 16 привода агрегатов, водяной насос 17 «холодного» контура охлаждения, водяной насос 18 «горячего» контура охлаждения.
Полезная модель представлена следующим образом.
12-цилиндровый дизельный двигатель выполняют с V-образным расположением рядов цилиндров 1.1, 1.2 и углом развала между ними 60°. Основную корпусную деталь двигателя - блок-картер 3 - выполняют из чугуна марки ВЧ 50 ГОСТ 7293-85 методом литья, вместе с полостью, которая выполняет функцию впускного коллектора 5 наддувочного воздуха. С целью уменьшения габаритных размеров двигателя и осуществления полостью функции впускного коллектора данную полость полностью перекрывают картером 13 агрегатов привода механизма газораспределения со стороны, противоположной стороне подачи наддувочного воздуха. Для этого картер 13 агрегатов привода механизма газораспределения устанавливают между блок-картером 3 и картером 15 маховика. С этой же целью в полости выполнены выходные окна 6.1-6.12 для прохождения наддувочного воздуха в головки цилиндров. На двигателе устанавливают индивидуальные головки 2.1-2.12 цилиндров с центральным расположением топливной форсунки. Наддувочный воздух от турбокомпрессоров 8.1 8.2 подают по впускным воздушным патрубкам 7.1-7.10, к устройству промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, а именно к охладителям 12.1 и 12.2 наддувочного воздуха. Затем через впускные воздушные патрубки 7.8, 7.9 наддувочный воздух поступает в патрубок 7.10 и впускной коллектор 5 наддувочного воздуха, и далее через выходные окна 6.1 - 6.12 к головкам цилиндров со стороны развала двигателя. В конструкции впускного коллектора 5 выполняют технологические приливы под проточки для крепления головок 2.1 - 2.12 цилиндров к блок-картеру 3 и под крепежные элементы. Для уменьшения габаритных размеров блок-картера 3 впускной коллектор 5 в виде полости располагают в центральной верхней части двигателя. Форму впускного коллектора 5 выполняют в соответствии с контуром блок-картера 3. После процесса сгорания отработавшие газы поступают в выпускные коллекторы 11.1, 11.2, также расположенные в развале двигателя, а затем по выпускным газовым патрубкам 10.1, 10.2 поступают к турбинам турбокомпрессоров 8.1, 8.2.
На заднем торце блок-картера 3 устанавливают картер 13 агрегатов привода механизма газораспределения. Его корпус выполняют из чугуна и используют для защиты шестерен привода механизма газораспределения и привода топливного насоса высокого давления (ТНВД). В картере агрегатов выполняют фланцы для крепления ТНВД. Также к картеру 13 агрегатов крепят кронштейны 9.1, 9.2 для установки турбокомпрессоров 8.1, 8.2 и картер 15 маховика, таким образом, чтобы турбокомпрессоры были установлены над маховиком 14. Картер 15 маховика выполняют из чугуна с фланцем крепления к нему стартеров и приводимых двигателем агрегатов. Передачу крутящего момента от двигателя осуществляют через маховик 14 двигателя. На маховике 14 двигателя выполняют специальные зубья для датчика синхронизации системы мониторинга и контроля, а также съемный стартерный венец. На переднем торце двигателя устанавливают передний картер 16 привода агрегатов, который выполняют из чугуна и используют для защиты гасителя крутильных колебаний, расположенного на носке коленчатого вала, и шестерен привода агрегатов: водяного насоса 17 «холодного» контура и водяного насоса 18 «горячего» контура системы охлаждения, а также масляный насос. В переднем картере 16 агрегатов выполняют каналы для течения охлаждающей жидкости и масла от насосов в двигатель, а также посадочные места для термостатов системы охлаждения и системы смазки. К переднему картеру 16 агрегатов крепят водомасляный теплообменник 4.
Для установки двигателя предусмотрены четыре опоры, расположенные по две с каждого торца и установленные на блок-картере 3.
Заявленная полезная модель «Дизельный двигатель с V-образным расположением рядов цилиндров» прошла стендовые испытания в качестве опытного образца, о чем составлен соответствующий акт. Полезная модель изготовлена в промышленных условиях и предназначена для использования в промышленных условиях, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».