ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к конструкции системы выпуска отработавших газов в двигателях внутреннего сгорания.
Известен выпускной коллектор двигателя, состоящий из двух частей, на месте соединения которых надет и приварен гофр (JP №4568582 В2, МПК F01N 7/10 (2006.01), опубликовано 30.04.2009).
Известное решение имеет недостаточные показатели по надежности, так как при работе в зоне высоких температур, вследствие тепловых линейных расширений, возникает опасность изменения геометрии патрубков, коробления выпускного коллектора, приводящая к ухудшению условий демонтажа деталей коллектора при ремонте, нарушению герметичности соединений и к высокой вероятности образования трещин.
Также известно соединение фланцево-хомутовое, предназначенное в том числе для соединения составных частей выпускных коллекторов ДВС, содержащее трубы с фланцами на концах трубопровода, кольцевой уплотнительный элемент, установленный в конических проточках, выполненных на сопрягаемых поверхностях фланцев, крепежный элемент в виде V-образного хомута, стягивающий фланцы по наружной поверхности, центрирующий элемент в виде кольца, установленный в ступенчатых проточках, выполненных на внутренней поверхности фланцев, и контактирующий с уплотнительным элементом, центральную втулку и тонкостенный компенсатор в виде гофрированной трубки, при этом концы центральной втулки сопрягаются по внутренней цилиндрической поверхности фланцев с концами труб трубопровода, а тонкостенный компенсатор сопрягается концами по наружной поверхности фланцев упомянутого компенсатора, кроме того, фланцы трубопровода выполнены за одно целое с трубами.
Из-за наличия центрующих элементов в виде колец, установленных в конических проточках на сопрягаемых поверхностях фланцев и уплотнительных элементов, снижается надежность соединения и устройства в целом.
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания, содержащий трубопровод, к которому подсоединены патрубки с фланцами крепления к головкам цилиндров двигателя, выполненный составным и имеющий компенсатор с вкладышем, расположенным между частями трубопровода, при этом компенсатор закреплен с двух сторон V-образными хомутами, оси патрубков расположены перпендикулярно оси трубопровода, а на двух фланцах патрубков имеются ребра жесткости (RU №188244 U1, МПК F01N 13/10 (2010.01), опубликовано 04.04.2019).
Недостатком данного технического решения является то, что, исходя из технологичности конструкции, принимая толщину фланцев компенсатора равной толщине сильфонной его части, недостаточно обеспечивается надежность фланцевого соединения. Это проявляется появлением негерметичности соединения. Кроме того, при работе в зоне высоких температур, вследствие тепловых линейных расширений также возникает возможность изменения геометрии фланцев компенсатора вследствие процесса коробления и вероятность образования трещин на поверхности фланцев.
Задачей данной полезной модели является повышение надежности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, содержащем составной трубопровод с патрубками, выполненными за одно целое с ним и снабженными фланцами крепления к головкам цилиндров двигателя и турбокомпрессору, а также ребрами жесткости, компенсатор, размещенный между частями трубопровода, закрепленный своими фланцами к фланцам трубопровода V-образными хомутами, установленный внутри компенсатора вкладыш, компенсатор выполнен в виде тонкостенной гофрированной трубки, жестко закрепленной к фланцам, вкладыш имеет на концах сферические участки, которыми он сопрягается по внутренней цилиндрической поверхности фланцев с концами труб трубопровода, при этом соединяемые между собой торцы фланцев трубопровода и компенсатора выполнены многоступенчатыми с возможностью сопряжения между собой с малым зазором.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что компенсатор выполнен в виде тонкостенной гофрированной трубки, жестко закрепленной к фланцам, вкладыш имеет на концах сферические участки, которыми он сопрягается по внутренней цилиндрической поверхности фланцев с концами труб трубопровода, при этом соединяемые между собой торцы фланцев трубопровода и компенсатора выполнены многоступенчатыми с возможностью сопряжения между собой с малым зазором, позволяет повысить надежность и долговечность устройства.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания, общий вид спереди;
фиг. 2 - то же, в разрезе;
фиг. 3 - то же, увеличенное изображение выносного элемента А на фиг. 2.
Выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания содержит прямолинейный и криволинейный трубопроводы 1 и 2, а также шесть патрубков 3-8 с фланцами 9-14 крепления к головкам цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Оси патрубков 4, 6, 7 расположены перпендикулярно оси трубопровода 1, а оси патрубков 3, 5, 8 расположены под разным углом к оси трубопровода 2.
Компенсатор 15, сильфонная часть которого выполнена в виде тонкостенной гофрированной трубки, с размещенным внутри вкладышем 16 установлен между частями трубопровода 1 и 2. Соединение частей трубопровода и компенсатора осуществляют посредством V-образных хомутов 17.
На трубопроводе 2 выполнен фланец 18 для соединения с турбокомпрессором, при этом в месте перехода фланца 18 в тело трубопровода 2 имеются ребра жесткости 19. Также на трубопроводе 2 расположены ребра жесткости 20 для придания жесткости и прочности между фланцами 12, 13 патрубков 6, 7 и телом трубопровода.
Фланцы 21 и 22 трубопроводов соединяют с фланцами 23 и 24 компенсатора 15, жестко соединенными посредством сварки с его сильфонной частью. Соединяемые между собой торцы фланцев 21, 23 трубопровода и фланцы 22, 24 компенсатора выполнены многоступенчатыми с возможностью сопряжения между собой с малым зазором и образованием лабиринтного уплотнения. При этом геометрия привалочных поверхностей фланцев обеспечивает как взаимное центрирование самих фланцев при сборке соединений, так и улучшенные их уплотняющие качества, что положительно влияет на надежность соединения и устройства в целом.
На концах вкладыша 16 выполнены сферические участки 25 для компенсации углового перемещения трубопроводов 1 и 2. Сферические участки 25 сопрягаются с соответствующими цилиндрическими поверхностями 26 и 27 трубопроводов 1 и 2.
Многоступенчатые фланцы трубопроводов 1 и 2 и компенсатора 15 совместно с V-образными хомутами 17 обеспечивают надежность соединения трубопроводов 1 и 2, препятствует перемещению фланцев патрубков относительно плоскости крепления к головке цилиндров двигателя. Имеющиеся ребра жесткости 19 и 20 обеспечивают надежность и долговечность работы выпускного коллектора в целом, исключая образование трещин.
Выпускной коллектор двигателя внутреннего сгорания выполнен составным, в качестве основного материала преимущественно используется жаропрочный чугун, а тонкостенные его составные части изготавливаются из сталей разных марок, обеспечивающих их работоспособность в условиях эксплуатации.
Работа выпускного коллектора осуществляется следующим образом.
Патрубки 3-8 с фланцами 9-14 трубопроводов 1 и 2 соединяются с головками цилиндров двигателя внутреннего сгорания при помощи резьбового соединения с применением уплотнительной прокладки в каждом образованном стыке. При работе двигателя внутреннего сгорания отработавшие газы с высокой температурой, проходят через внутреннюю полость патрубков 3-8, а затем плавно изменяют направление течения и поступают из трубопровода 1 и 2 в турбокомпрессор для привода колеса турбины. При этом отработавшие газы нагревают трубопроводы 1 и 2, тепловое удлинение воспринимается компенсаторам 15, при этом он сжимается. Прямое воздействие отработавших газов воспринимается вкладышем 16, а герметичность соединения трубопроводов 1 и 2 обеспечивается конструкцией компенсатора 15 с имеющимися фланцевыми соединениями.
Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить герметичность и надежность соединения, что также увеличивает срок службы работы выпускного коллектора.
Реализация полезной модели возможна на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.