ТРАКТОРНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использована в тракторных дизельных двигателях, предназначенных для установки в качестве первичного двигателя на лесохозяйственных, с/х и промышленных тракторах 3…5 тягового класса, преимущественно характеризующихся конструкцией с ломающейся рамой.
Трактора данного назначения эксплуатируются в условиях достаточно высоких и резко меняющихся внешних нагрузок и при этом требуется, чтобы трактор поддерживал продолжительное движение на достаточно малой скорости. Низкие скорости движения обусловливают недостаточный поток набегающего воздуха для работы радиаторов системы охлаждения при отключенном вентиляторе. В то же время, чтобы обеспечить наиболее эффективное использование трактора (выполнить наибольшую работу), его двигатель эксплуатируют в режиме близком к номинальному, почти под полную загрузку. Соответственно, двигатели данного назначения характеризуются большим запасом крутящего момента и более крутыми регуляторными характеристиками по сравнению с автомобильными двигателями, что обеспечивает меньшую чувствительность тракторных двигателей к изменению нагрузки.
Также для таких тракторов характерно расположение радиаторов системы охлаждения двигателя (охладителя наддувочного воздуха, радиатора охлаждающей жидкости) и радиатора гидравлической трансмиссии трактора отдельным блоком на раме перед двигателем. Причем охладитель наддувочного воздуха располагается первым по потоку набегающего окружающего воздуха, возникающего при движении трактора, что обусловлено необходимостью иметь максимальный тепловой напор для получения наибольшей глубины охлаждения наддувочного воздуха.
Из уровня техники известен дизельный двигатель с турбонаддувом ЯМЗ-5362 производства ПАО «Автодизель» (ЯМЗ). (ДВИГАТЕЛИ ЯМЗ-536, ЯМЗ-5361, ЯМЗ-5362, ЯМЗ-5363, ЯМЗ-5364, их модификации и комплектации Руководство по эксплуатации 536.3902150 РЭ, ОАО «Автодизель» (ЯМЗ), 2015 г.) Его можно взять за прототип.
Блок цилиндров двигателя выполнен рядным. Количество клапанов на цилиндр четыре - два впускных и два выпускных. Рядное исполнение двигателя обусловливает его компактность, меньшую массу и габариты по сравнению с V-образной конструкцией. Двигатель имеет шестеренный привод ГРМ, ТНВД, воздушного компрессора и масляного насоса, которые расположены в задней части двигателя. Такое расположение привода (сзади со стороны маховика) позволяет снизить нагрузку на коленчатый вал от крутильных колебаний, возникающих при работе механизма газораспределения и топливоподачи, и соответственно, дает возможность увеличить форсировку двигателя. Вентилятор системы охлаждения, генератор, водяной насос и компрессор кондиционера расположены в передней части двигателя, а их привод осуществляется посредством ременной передачи. Двигатель имеет турбокомпрессор, расположенный слева. Двигатель имеет систему топливоподачи аккумуляторного типа (common rail) с электронным управлением подачи топлива. Электронный блок управления, расположенный на двигателе, принимает сигналы от датчиков и вырабатывает управляющие сигналы для управления топливоподачей и др. функциями. Регулирование частоты вращения вентилятора осуществляется при помощи автоматической вязкостной муфты. Муфта выполнена в сборе с вентилятором и содержит биметаллический элемент и клапан, при помощи которых в свою очередь управляется автоматически. Биметаллический элемент (спираль) реагирует на температуру набегающего на нее прошедшего радиатор воздуха, поток которого создается движением трактора и/или вращающимся вентилятором, и воздействует на клапан, изменяя коэффициент проскальзывания муфты, и соответственно, частоту вращения вентилятора. Таким образом, управление вязкостной муфтой и соответственно частотой вращения вентилятора фактически осуществляется по температуре воздуха, выходящего из радиатора охлаждающей жидкости.
Такая конструкция двигателя характеризуется компактностью, небольшой массой двигателя, высокими показателями топливной экономичности и экологичности (не ниже Евро-3).
Однако при использовании таких высокофорсированных двигателей на машинах, условия работы которых характеризуются требованием потребителя поддерживать продолжительное движение на достаточно малой скорости (6-12 км/ч) при наличии внешней достаточно большой и не устойчивой внешней нагрузки (например, на сельскохозяйственных пропашных тракторах типа «Кировец»), возникают проблемы с поддержанием теплового режима двигателя, обусловленные неспособностью автоматической вязкостной муфты вентилятора обеспечивать достаточное качество регулирования теплового баланса двигателя. Это проявляется в возникновении более частых ситуаций, когда наблюдается превышение критических значений температур (прежде всего по перегреву наддувочного воздуха), что, в свою очередь, сопровождается срабатыванием аварийной системы защиты двигателя от перегрева, которая обеспечивает снижение топливоподачи и предотвращает перегрев двигателя. В результате, в силу вышеуказанных особенностей характеристик двигателей данного назначения происходит существенный провал мощности и увеличение потребления топлива. Особенно это проявляется в режиме работы холодного (не прогретого) двигателя при прогреве после пуска, когда набегающий на блок радиаторов воздух, прошедший радиатор наддувочного воздуха, охлаждается на еще не прогретом радиаторе охлаждающей жидкости. Это приводит к тому, что автоматическая муфта не включает вентилятор при достижении критической температуры наддувочного воздуха, двигатель перегревается, и аварийная система защиты от перегрева начинает уменьшать топливоподачу.
Также для системы регулирования с применением такого вентилятора (с автоматической вязкостной муфтой) недостатком является и то, что при рабочем режиме (на прогретом двигателе) вентилятор при включении будет вращаться с частотой, превышающей необходимую (с запасом) частоту, которая достаточна для поддержания теплового режима в допустимых пределах. Это ведет к дополнительному потреблению топлива.
Была поставлена задача создать при минимальных затратах тракторный двигатель, который при высоком уровне форсированности обладал бы компактностью, небольшой массой, высокими показателями топливной экономичности и экологичности, а также обеспечивал эффективное регулирование теплового режима в условиях, когда трактору требуется при действии внешней достаточно высокой и меняющейся нагрузки (тягового усилия) поддерживать в течение длительного времени малую скорость движения.
Технический результат заключается в исключении необходимости ограничения топливоподачи на номинальном и близких к нему режимах при аварийном перегреве двигателя и повышении топливной экономичности.
Также полезная модель позволяет с минимальными затратами адаптировать серийные автомобильные двигатели для установки на трактора.
Также полезная модель позволяет исключить дополнительный вентилятор на конденсере системы кондиционирования за счет возможности принудительного повышения числа оборотов крыльчатки вентилятора двигателя при включении климатической установки, что обусловлено применением электронно-управляемой муфты.
Поставленная задача решается за счет того, что дизельный двигатель содержит
рядный шестицилиндровый блок цилиндров,
расположенный в задней части двигателя шестеренный привод распределительного вала, топливного насоса высокого давления, воздушного компрессора и масляного насоса,
расположенный спереди ременной привод вентилятора с вязкостной муфтой, генератора, водяного насоса и компрессора кондиционера,
турбокомпрессор,
топливную систему аккумуляторного типа с электронным управлением подачи топлива,
электронный блок управления с настройками программного обеспечения,
датчик температуры охлаждающей жидкости,
датчик температуры наддувочного воздуха после охладителя.
и согласно полезной модели отличается тем, что
электронный блок управления имеет настройки программного обеспечения, обеспечивающие регуляторные характеристики двигателя для тракторного применения, характеризующегося рабочим режимом, близким к номинальной (максимальной) мощности и частоте вращения
вязкостная муфта выполнена электронно-управляемой и управляется сигналами от электронного блока управления, вырабатываемыми на основе сигналов от датчиков температуры охлаждающей жидкости и температуры наддувочного воздуха.
Для более ясного понимания ниже по тексту под терминами «передние», «задние» направления или части подразумевается, что передней частью двигателя считается сторона, где расположен вентилятор (соответственно задняя часть двигателя - где расположен маховик). Под терминами «левые», «правые» направления или части двигателя подразумевают соответственно левые и правые направления или части двигателя при обзоре двигателя с передней стороны (т.е. стороны вентилятора).
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 - показан вид в перспективе двигателя согласно полезной модели на левую сторону;
На фиг. 2 - показан вид в перспективе двигателя согласно полезной модели на левую сторону;
На фиг. 3 - показан схематически шестеренный привод двигателя согласно полезной модели
На фиг. 4 - показан вид на двигатель справа
Осуществление полезной модели.
В предпочтительном варианте реализации полезной модели двигатель содержит блок цилиндров 1 с рядным расположением шести цилиндров, в котором установлен коленчатый вал. Шестеренчатый привод механизмов двигателя реализован с задней стороны двигателя. От шестерни коленчатого вала 2, жестко закрепленной на его хвостовике приводится шестерня распределительного вала 3, от которой через шестерню 4 осуществляется привод топливного насоса высокого давления (ТНВД) 5, и далее через промежуточную шестерню 6 воздушный компрессор 7. Также от шестерни коленчатого вала 2 через промежуточную шестерню 8 приводится масляный насос 9. Шестеренчатый привод закрыт картером маховика 10.
В передней части двигателя расположены генератор 11, водяной насос 12, компрессор кондиционера 13, которые приводятся поликлиновыми ремнями.
Также в передней части двигателя от шкива на носке коленчатого вала через ременную передачу приводится вентилятор 14 посредством электронно-управляемой вязкостной муфты 15, выполненной с ним в сборе. В качестве электронно-управляемой муфты могут использоваться муфты ведущих мировых производителей, например, вязкостная муфта Visctronic фирмы Borg Warner.
Двигатель имеет топливную систему аккумуляторного типа (Common Rail System) с электронным управлением подачей топлива, которая содержит размещенные справа на блоке цилиндров 1 топливный насос высокого давления 5 с встроенным топливоподкачивающим насосом, топливный аккумулятор высокого давления - рампу 16, а также топливные фильтры, топливопроводы и др. элементы. Электроуправляемые топливные форсунки топливной системы установлены в стакан головки цилиндров.
Турбокомпрессор 17 с радиальной центростремительной турбиной и центробежным компрессором расположен сбоку слева.
Справа на блоке цилиндров 1 двигателя установлен электронный блок управления 18, который связан электрическими жгутами (моторным и промежуточным) с датчиками и исполнительными органами объектов управления. Программное обеспечение электронного блока управления 18 использует настройки, которые обеспечивают регуляторные характеристики двигателя, требуемые для тракторного применения.
На двигателе размещены различные датчики. В частности, это датчик 19 температуры охлаждающей жидкости после охлаждения головки и блока цилиндров (т.е. в месте, где температура охлаждающей жидкости достигает максимальных значений), расположенный на блоке цилиндров 1. Также имеется датчик температуры наддувочного воздуха 20, расположенный на участке трубопровода после охладителя наддувочного воздуха до входа воздуха в цилиндры, например, на впускном патрубке 21. Такое расположение датчика 20 позволяет получить информацию о температуре уже охлажденного наддувочного воздуха после турбокомпрессора 17 и контролировать эффективность охладителя. Охладитель наддувочного воздуха (типа «воздух-воздух») размещен вместе с радиатором охлаждающей жидкости и радиатором гидравлической трансмиссии трактора в составе отдельного блока радиаторов, установленного на раме перед двигателем. При этом охладитель наддувочного воздуха расположен первым по потоку набегающего окружающего воздуха, возникающего при движении трактора.
Вязкостная муфта 15 управляется сигналами от электронного блока управления 18, в зависимости от состояния теплового режима двигателя по сигналам от датчиков 19 и 20.