ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области дизелестроения и предназначена для использования в составе движительных установок, в частности для тяжелой карьерной и внедорожной техники, для судовой техники, и энергетических установок для выработки электроэнергии.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Известен дизельный двигатель V2000Gx5 немецкой фирмы MTU (см. ссылку на техническое описание https://www.mtu-online.com/fileadmin/fm-dam/mtu-global/technical-info/operating-instructions/neu_04_04_2016/MS15019_04E.pdf), включающий блок-картер V-образного исполнения, головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с охладителем наддувочного воздуха, систему выпуска, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок управления, вентилятор с муфтой привода.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является дизельный двигатель QST30 американской фирмы Cummins (см ссылку https://cumminsengines.com/uploads/docs/og_ws_qst30.pdf), предназначенный для установки на дизельные электростанции. Отдельно стоящие цилиндры, установленные на блок-картере, образуют V-образный развал. Система подачи топлива - разделенного типа. Топливный насос - изохронного типа, прямого действия, обеспечивает возможность установки номинальной частоты вращения при любой нагрузке от 10% до 110% номинальной мощности при работе дизеля в составе электроагрегата, электростанции. Система наддува выполнена с охладителем наддувочного воздуха. Система охлаждения -жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости от центробежного насоса к термостатам. Воздушный фильтр (сухого типа) выполнен со сменным фильтрующим элементом. Вентилятор - пластиковый, толкающего типа. Водяной насос выполнен центробежным. Генератор постоянного тока имеет номинальное напряжение 24 В - 35 А. Пусковое устройство представляет собой стартер номинальным напряжением 24 В.
Однако у всех известных аналогов элементы и агрегаты систем смазки и охлаждения двигателя установлены раздельно на корпусных деталях (блок-картер, головки цилиндров и др.), что усложняет конструкцию корпусных деталей и увеличивает трудоемкость сборки двигателя в целом. Кроме того, для ремонта систем смазки и охлаждения двигателя необходимо демонтировать каждый из элементов и агрегатов его систем по отдельности, что ухудшает его ремонтопригодность.
Технической проблемой является создание двигателя, характеризующегося низкой трудоемкостью сборки и высокой ремонтопригодностью.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении процесса сборки двигателя, снижении трудоемкости с одновременным повышением его ремонтопригодности.
Поставленная проблема решена за счет того, что в дизельный двигатель, включающий блок-картер V-образного исполнения, головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему смазки, включающую по меньшей мере один масляный насос, охладитель масла и блок масляных фильтров, систему впуска с по меньшей мере одним охладителем наддувочного воздуха, систему выпуска, систему топливоподачи, систему охлаждения, включающую термостат охлаждающей жидкости и по меньшей мере один насос охлаждающей жидкости, систему вентиляции картера, электронный блок управления, согласно настоящей полезной модели, введен остов, установленный на блок-картере с возможностью демонтажа, на котором установлены охладитель масла, блок масляных фильтров системы смазки и термостат охлаждающей жидкости системы охлаждения, причем остов выполнен с возможностью обеспечения подвода и отвода по нему масла к блоку масляных фильтров и охлаждающей жидкости к охладителю масла и термостату охлаждающей жидкости.
В вариантах исполнения:
- остов выполнен методом литья;
- система смазки дополнительно содержит по меньшей мере один дифференциальный масляный клапан;
- дифференциальный масляный клапан установлен на остове;
- система смазки дополнительно содержит по меньшей мере один термостат масла;
- термостат масла установлен на остове.
Таким образом, с помощью заявляемой совокупности существенных признаков достигается упрощение процесса сборки двигателя за счет введения остова, обеспечивающего одновременно установку на нем и функционирование охладителей масла, блоков масляных фильтров, термостатов охлаждающей жидкости. Это приводит к реализации принципа крупноблочной сборки и модульности, поскольку сначала собирается остов с установленными на нем узлами и агрегатами в так называемый водомасляный модуль, а затем он в сборе устанавливается на двигатель, снижая трудоемкость процесса сборки и разборки. Одновременно с этим для ремонта двигателя демонтируется весь водомасляный модуль в сборе, что повышает его ремонтопригодность.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами: на фиг. 1 представлен вид дизельного двигателя в изометрии спереди-слева, на фиг. 2 представлен вид дизельного двигателя в изометрии сзади-справа, на фиг. 3 представлен вид остова дизельного двигателя с установленным на нем охладителем масла в изометрии спереди-слева, на фиг. 4 представлен вид остова дизельного двигателя с установленным на нем охладителем масла в изометрии сзади-справа, на фиг. 5 представлен вид остова дизельного двигателя в изометрии спереди-слева, на фиг. 6 представлен вид остова дизельного двигателя в изометрии сзади-справа.
Принятые обозначения:
1 - блок-картер,
2 - головки цилиндров,
3 - электронный блок управления,
4 - точечные опоры,
5 - маховик,
6 - картер маховика,
7 - гильзы с рубашкой охлаждения,
8 - узел привода клапанов механизма газораспределения,
9 - форсунки впрыска топлива,
10 - охладитель наддувочного воздуха,
11 - турбокомпрессоры системы выпуска,
12 - выхлопные коллекторы системы выпуска,
13 - патрубки выхлопные системы выпуска,
14 - фильтры тонкой очистки топлива,
15 - насос охлаждающей жидкости высокотемпературного контура,
16 - термостат охлаждающей жидкости высокотемпературного контура,
17 - насос охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
18 - термостат охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
19 - масляный поддон,
20 - охладитель масла,
21 - агрегат предпусковой прокачки масла,
22 - полнопоточные фильтры масла,
23 - частичнопоточные центробежные фильтры масла,
24 - дифференциальный масляный клапан,
25 - термостат масла,
26 - остов,
27 - крепления (фланцы),
28 - крепежные отверстия,
29 - фильтр картерных газов,
30 - генератор собственных нужд,
31 - компрессор кондиционера,
32 - компрессор воздушный,
33 - вентилятор с муфтой привода,
34 - электростартеры.
Дизельный двигатель включает (фиг. 1-2) блок-картер 1 V-образного исполнения, головки 2 цилиндров, кривошипно-шатунный механизм (на чертеже не показано), механизм (на чертеже не показано) газораспределения, систему смазки, систему впуска, систему выпуска, систему топливоподачи, систему охлаждения, систему (на чертеже не показано) вентиляции картера, электронный блок 3 управления.
Блок-картер 1 V-образного исполнения выполнен с углом развала 90° и является основной несущей деталью двигателя с закрепленными на нем точечными опорами 4, обеспечивающими монтаж двигателя к фундаменту (на чертеже не показано) силовой установки. Внутри блок-картера 1 установлен кривошипно-шатунный механизм (на чертеже не показано), состоящий из коленчатого вала (на чертеже не показано), шатунов (на чертеже не показано), поршней (на чертеже не показано) и маховика 5. На заднем торце блок-картера 1 установлен картер 6 маховика.
На привалочные поверхности блок-картера 1 установлены цилиндры (в данном варианте исполнения использовано двенадцать цилиндров), каждый из которых состоит из гильзы 7 с рубашкой охлаждения, головки 2 цилиндра, узла 8 привода клапанов механизма газораспределения и форсунки 9 впрыска топлива. Возможен вариант (на чертеже не показано), когда гильзы 7 цилиндров установлены в блок-картер 1, а головки 2 цилиндров установлены на его привалочные поверхности. Внутри развала цилиндров на блок-картере 1 могут быть установлены топливный аккумулятор (на чертеже не показано) системы топливоподачи и первичный маслоотделитель (на чертеже не показано) картерных газов системы вентиляции картера.
Механизм (на чертеже не показано) газораспределения может быть расположен внутри блок-картера 1 и развала цилиндров и предназначен для управления впускными и выпускными клапанами, расположенными в головках 2 цилиндров.
Система впуска включает по меньшей мере один охладитель 10 наддувочного воздуха и трубопроводы (на чертеже не показано).
Система выпуска может содержать турбокомпрессоры 11, выхлопные коллекторы 12, патрубки 13 выхлопные.
Система топливоподачи содержит фильтры 14 тонкой очистки топлива, топливный насос (на чертеже не показано) высокого давления и может содержать фильтры (на чертеже не показано) грубой очистки топлива.
Система охлаждения представляет собой высокотемпературный контур и содержит по меньшей мере один насос 15 охлаждающей жидкости и по меньшей мере один термостат 16 охлаждающей жидкости.
Система охлаждения может быть дополнена низкотемпературным контуром, содержащим по меньшей мере один насос 17 охлаждающей жидкости и по меньшей мере один термостат 18 охлаждающей жидкости.
Система смазки содержит масляный поддон 19, по меньшей мере один масляный (маслонагнетающий) насос (на чертеже не показано), по меньшей мере один охладитель 20 масла, агрегат 21 предпусковой прокачки масла, по меньшей мере один блок масляных фильтров, включающий полнопоточные фильтры 22 масла, и частичнопоточные центробежные фильтры 23 масла, и может содержать по меньшей мере один дифференциальный масляный клапан 24 и по меньшей мере один термостат 25 масла. Термостаты масла могут быть объединены в блок термостатов или установлены по отдельности.
Масляный поддон 19 является емкостью для хранения смазочного масла, на внутренней поверхности которого выполнены перегородки (на чертеже не показано), снижающие амплитуду перемещения масла при переменных кренах и дифферентах. Масляный насос (на чертеже не показано) с маслозаборным патрубком установлен внутри масляного поддона 19 на нижней поверхности блок-картера 1.
Блок масляных фильтров предназначен для установки на него сменных масляных фильтроэлементов полнопоточных фильтров 22 масла, а также управлением их работой в процессе эксплуатации путем их отключения и включения. Это позволяет произвести замену масляных фильтроэлементов, не прерывая работу двигателя. Масляные фильтроэлементы служат для очистки масла, циркулирующего в двигателе, от механических частиц и грязи, образующихся в процессе работы двигателя. За счет очистки масла достигается увеличение срока его службы, что снижает общую трудоемкость обслуживания двигателя и повышает надежность его работы. Возможен вариант (на чертеже не показано) блока масляных фильтров без функции отключения и включения.
Термостаты 25 масла предназначены для регулирования температуры масла путем распределения его потоков и настроены на открытие при температурах масла, превышающих определенное значение, что позволяет осуществлять частичный перепуск масла в охладители 20 масла и, таким образом, регулировать их температуру.
Дифференциальный масляный клапан 24 предназначен для защиты двигателя от превышения давления масла путем перепуска части потока обратно в масляный поддон 19. Дифференциальный масляный клапан 24 обеспечивает поддержание постоянного давления масла в главной масляной магистрали.
Каждый охладитель 20 масла предназначен для охлаждения и поддержания требуемой температуры масла двигателя на всех режимах его работы. В качестве хладагента используется охлаждающая жидкость высокотемпературного контура системы охлаждения двигателя.
Введен остов 26, установленный на блок-картере 1 с возможностью демонтажа, на котором установлены охладители 20 масла и блоки масляных фильтров системы смазки и термостаты 16 охлаждающей жидкости системы охлаждения. Также на остове 26 могут быть установлены дифференциальные масляные клапаны 24 и термостаты 25 масла (в случае их наличия).
Остов 26 выполнен с возможностью обеспечения подвода и отвода по нему масла к блокам масляных фильтров и охлаждающей жидкости к охладителям 20 масла и термостатам 16 охлаждающей жидкости, а также к дифференциальным масляным клапанам 24 и термостатам 25 масла (в случае их наличия).
Остов 26 (фиг. 3-6) в предпочтительном варианте представляет собой литую деталь (выполнен методом литья) с каналами для циркуляции масла и охлаждающей жидкости и креплениями (например, различными фланцами) 27 для подключения установленных на него элементов. Это позволяет уменьшить габаритно-весовые показатели остова 26.
Остов 26 также может быть выполнен из цельнометаллической детали с помощью сверления и фрезерования каналов. Также остов 26 может быть выполнен сборно-разборным, например, из несущего каркаса для закрепления на нем элементов и труб, сконфигурированных для подвода и отвода по ним масла и охлаждающей жидкости.
Размеры и форма остова 26 определяются в зависимости от места расположения его в двигателе, а также циркуляционными параметрами систем смазки и охлаждения. Остов 26 может быть закреплен в двигателе к блок-картеру 1 с помощью крепежных изделий (на чертеже не показано), например, болтов или шпилек. Для этого в нижней части остова 26 выполнены сквозные крепежные отверстия 28, причем расположение крепежных отверстий 28 определяется в зависимости от конструкции остова 26 и блок-картера 1, например, как в нижней части остова 26, так и по его периметру (на чертеже не показано).
Система вентиляции картера содержит по меньшей мере один фильтр 29 картерных газов.
Двигатель также может содержать генератор 30 собственных нужд, компрессор 31 кондиционера, компрессор 32 воздушный, вентилятор 33 с муфтой привода, электростартеры 34.
Электронный блок 3 управления двигателем контролирует процессы топливоподачи, а также осуществляет контроль основных показателей систем двигателя с выдачей предупреждающих сигналов о нарушении работы. Электронный блок 3 управления может быть установлен на охладителе 10 наддувочного воздуха или на других элементах двигателя.
Заявляемый двигатель в варианте с одноступенчатым наддувом работает следующим образом.
Воздух для сгорания поступает в компрессорную часть турбокомпрессоров 11, откуда попадает в охладитель 10 наддувочного воздуха, откуда поступает во впускные коллекторы (на чертеже не показано) и далее в цилиндры. Отработавшие газы из цилиндров по выхлопным коллекторам 12 поступают в турбинную часть турбокомпрессоров 11 и через патрубки 13 выхлопные выбрасываются в атмосферу.
Охлаждающая жидкость для отбора тепла от воздуха для сгорания в охладителях подводится через распределитель (на чертеже не показано) охлаждающей жидкости из корпуса привода агрегатов и термостатов 18 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура.
Из внешнего радиатора охлаждающая жидкость по трубопроводу поступает в насос 15 охлаждающей жидкости высокотемпературного контура. Насос 15 нагнетает охлаждающую жидкость в соответствующие каналы остова 26. Далее охлаждающая жидкость через каналы поступает в охладители 20 масла. Из охладителей 20 масла охлаждающая жидкость попадает в соответствующие каналы в остове 26. Далее охлаждающая жидкость через каналы остова 26 поступает на вход в рубашки охлаждения цилиндров правого ряда цилиндров и в рубашки охлаждения левого ряда цилиндров. После охлаждения цилиндров двигателя охлаждающая жидкость через соответствующие каналы в остове 26 поступает в термостаты 16 охлаждающей жидкости высокотемпературного контура. Далее, в зависимости от температуры, охлаждающая жидкость по трубопроводу поступает во внешний радиатор, либо в насос 15 охлаждающей жидкости высокотемпературного контура.
Масло из масляного поддона 19 с помощью масляного насоса (на чертеже не показано) через канал в блок-картере 1 входит в соответствующий канал остова 26 и нагнетается в охладители 20 масла. Далее масло через соответствующий канал остова 26 попадает в термостаты 25 масла, установленные на остове 26. Из термостатов 25 масла через соответствующий канал остова 26 масло попадает в блок масляных фильтров, где очищается с помощью четырех масляных фильтроэлементов полнопоточных фильтров 22 масла, и через соответствующий канал остова 26 попадает в главную масляную магистраль. Дифференциальные масляные клапаны 24 при превышении параметров давления масла осуществляют перепуск части потока масла через соответствующие каналы остова 26 обратно в масляный поддон 19.
Таким образом, за счет введения в двигатель остова 26, обеспечивающего установку элементов и агрегатов систем, подвод, отвод к ним масла и охлаждающей жидкости и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости высокотемпературного контура, достигается упрощение установки элементов и агрегатов систем двигателя, благодаря уменьшению количества трубопроводов и разъемов масляной системы и системы охлаждения. Тем самым, благодаря предлагаемой полезной модели, обеспечивается технологичность за счет упрощения установки элементов и агрегатов систем двигателя с одновременным повышением ремонтопригодности дизельного двигателя. Заявленная полезная модель прошла испытания в качестве опытного образца дизельного двигателя, который изготавливается и используется в промышленных условиях, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».