Дизельный двигатель

Полезная модель относится к области дизелестроения и предназначена для использования в составе энергетических и движительных установок.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Известен патент RU №2194169 на изобретение [МПК: F01M11/03, F01M1/10, опубл. 10.12.2002]. V-образный двигатель внутреннего сгорания содержит как минимум блок-картер, головки цилиндров, крышки головок с установленными на передних торцах этих крышек агрегатами, привод навесных агрегатов, расположенный в корпусе, пристыкованном к переднему торцу картера и имеющем консольно выступающий агрегат, установленный выше оси коленчатого вала, а также два симметрично расположенных относительно продольной оси двигателя масляных фильтра с направленными вверх съемными колпаками. Фильтры установлены на передних торцах блоков цилиндров с наклоном к вертикальной плоскости навстречу друг другу.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является применяемый в составе энергетических и движительных установок дизельный двигатель 10V1600 немецкой фирмы MTU [Электронный ресурс. Руководство по эксплуатации. Режим доступа к ресурсу: https://www.manualslib.com/manual/1056666/Mtu-10v1600ax0.html#manual – свободный], выбранный в качестве прототипа. Дизельный двигатель содержит блок-картер V-образного исполнения, головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с охладителями наддувочного воздуха, закрепленными на блок-картере, систему выпуска, систему рециркуляции отработавших газов с охладителями отработавших газов, закрепленными на головках цилиндров, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок управления.
У всех известных аналогов элементы и агрегаты систем 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 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 охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с по меньшей мере одним охладителем наддувочного воздуха, систему выпуска, систему рециркуляции отработавших газов с по меньшей мере одним охладителем отработавших газов, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок управления, согласно настоящей полезной модели введена съемная многоуровневая рама, на которой установлены охладители наддувочного воздуха и отработавших газов, при этом рама выполнена с возможностью обеспечения подвода и отвода к ним охлаждающей жидкости низко- и высокотемпературного контуров соответственно от системы охлаждения.
В вариантах исполнения:
– рама закреплена на головках цилиндров или на блок-картере V-образного исполнения;
– рама выполнена из герметично соединенных друг с другом полых профилей или из соединенных друг с другом профилированных балок и закрепленных на них труб;
– рама снабжена дополнительными несущими элементами;
– введен по меньшей мере один расширительный бак, установленный на раме;
– рама выполнена с возможностью подвода охлаждающей жидкости к каждому расширительному баку;
– введен по меньшей мере один фильтр картерных газов, установленный на раме;
– введен по меньшей мере один охладитель возвратного топлива, установленный на раме;
– рама выполнена с возможностью подвода и отвода охлаждающей жидкости низкотемпературного контура к каждому охладителю возвратного топлива.
Таким образом, с помощью заявляемой совокупности существенных признаков достигается упрощение процесса сборки двигателя за счет введения съемной многоуровневой рамы, обеспечивающей одновременно установку на ней ряда элементов и агрегатов систем двигателя и подвод и отвод охлаждающей жидкости к ним. Это приводит к реализации принципа крупноблочной сборки и модульности, поскольку сначала собирается рама с установленными на ней элементами и агрегатами, а затем в сборе устанавливается на двигатель, снижая трудоемкость процесса сборки и разборки. Одновременно с этим для ремонта двигателя демонтируется вся рама в сборе с элементами и агрегатами, что повышает его ремонтопригодность.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами: 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 рамы дизельного двигателя в изометрии сзади-справа, на фиг. 4 представлен вид рамы дизельного двигателя в изометрии спереди-слева.
Принятые обозначения:
1 – блок-картер,
2 – головка цилиндра,
3 – охладитель наддувочного воздуха,
4 – охладитель отработавших газов,
5 – электронный блок управления,
6 – рама,
7 – точечные опоры,
8 – маховик,
9 – картер маховика,
10 – гильза с рубашкой охлаждения,
11 – узел привода клапанов,
12 – форсунка впрыска топлива,
13 – насос охлаждающей жидкости высокотемпературного контура,
14 – насос охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
15 – термостаты охлаждающей жидкости высокотемпературного контура,
16 – термостаты охлаждающей жидкости низкотемпературного контура,
17 – расширительный бак,
18 – турбокомпрессоры ступени высокого давления,
19 – турбокомпрессоры ступени низкого давления,
20 – выхлопные коллекторы,
21 – патрубки перепускные,
22 – патрубок выхлопной,
23 – трубопроводы системы рециркуляции,
24 – клапаны системы рециркуляции,
25 – фильтры тонкой очистки топлива,
26 – фильтры грубой очистки топлива,
27 – масляный поддон,
28 – полнопоточные фильтры масла,
29 – охладитель масла,
30 – дифференциальный масляный клапан,
31 – термостаты масла,
32 – частичнопоточные центробежные фильтры масла,
33 – фильтр картерных газов,
34 – насос забортной воды,
35 – теплообменник,
36 – генератор собственных нужд,
37 – электростартеры,
38 – лапы крепления рамы,
Дизельный двигатель включает (фиг. 1, 2) блок-картер 1 V-образного исполнения, головки 2 цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров, систему впуска с по меньшей мере одним охладителем 3 наддувочного воздуха, систему выпуска, систему рециркуляции отработавших газов с по меньшей мере одним охладителем 4 отработавших газов, систему топливоподачи, систему смазки, систему вентиляции картера, электронный блок 5 управления.
Введена съемная многоуровневая рама 6, на которой установлены все имеющиеся охладители 3 наддувочного воздуха и охладители 4 отработавших газов. При этом рама 6 выполнена с возможностью обеспечения подвода и отвода к охладителям 3 и 4 охлаждающей жидкости низко- и высокотемпературного контуров соответственно от системы охлаждения.
Блок-картер 1 V-образного исполнения выполнен с углом развала 90° и является основной несущей деталью двигателя с закрепленными на нем точечными опорами 7, обеспечивающими монтаж двигателя к фундаменту силовой установки (не показано). Внутри блок-картера 1 установлен кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала (не показано), шатунов (не показано), поршней (на чертеже не показано) и маховика 8. На заднем торце блок-картера 1 установлен картер 9 маховика 8.
На привалочные поверхности блок-картера 1 установлены цилиндры (в данном варианте исполнения использовано двенадцать цилиндров), каждый из которых состоит из гильзы с рубашкой 10 охлаждения, головки 2 цилиндра, узла 11 привода клапанов механизма газораспределения и форсунки 12 впрыска топлива. Возможен вариант (не показано), когда гильзы 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 (не показано) картерных газов системы вентиляции картера.
Механизм 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 охлаждения высоко- и низкотемпературного контуров содержит насос 13 охлаждающей жидкости высокотемпературного контура, насос 14 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура, термостаты 15 охлаждающей жидкости высокотемпературного контура, термостаты 16 охлаждающей жидкости низкотемпературного контура и может быть введен по меньшей мере один расширительный бак 17 (в данном варианте исполнения использовано два расширительных бака), установленный на раме 6.
Система выпуска может содержать турбокомпрессоры 18 ступени высокого давления, турбокомпрессоры 19 ступени низкого давления, выхлопные коллекторы 20, патрубки 21 перепускные, патрубок 22 выхлопной.
Система рециркуляции отработавших газов помимо охладителей 4 отработавших газов содержит трубопроводы 23 и клапаны 24.
Система топливоподачи содержит фильтры 25 тонкой очистки топлива, топливный насос (не показано) высокого давления и может содержать фильтры 26 грубой очистки топлива и по меньшей мере один охладитель (не показано) возвратного топлива, установленный на раме 6.
Система смазки содержит масляный поддон 27, маслонагнетающий насос (не показано), полнопоточные фильтры 28 масла и может содержать охладитель 29 масла, дифференциальный масляный клапан 30, термостаты 31 масла, частичнопоточные центробежные фильтры 32 масла.
Масляный поддон 27, выполненный из алюминиевой отливки, является ёмкостью для хранения смазочного масла, на внутренней поверхности которого выполнены перегородки (на чертеже не показаны), снижающие амплитуду перемещения масла при качке, переменных кренах и дифферентах. Маслонагнетающий насос (на чертеже не показано) с маслозаборным патрубком установлен внутри масляного поддона 27 на нижней поверхности блок-картера 1.
Система вентиляции картера дополнительно может содержать по меньшей мере один фильтр 33 картерных газов, установленный на раме 6.
Двигатель также может содержать насос 34 забортной воды, теплообменник 35, генератор 36 собственных нужд, электростартеры 37.
Съемная рама 6 может быть сборно-разборно закреплена (не показано) на блок-картере 1 V-образного исполнения или на головках 2 цилиндров с помощью лап 38.
Электронный блок 5 управления двигателем контролирует процессы топливоподачи, а также осуществляет контроль основных показателей систем двигателя с выдачей предупреждающих сигналов о нарушении работы.
Рама 6 (фиг. 3, 4) представляет собой многоуровневую пространственную конструкцию каркасного типа, функционально разделенную на несколько уровней и выполненную из соединенных друг с другом профилированных балок (не показано) и закрепленных на них труб (не показано) и/или из герметично соединенных друг с другом полых профилей (квадратного и/или круглого сечений). Рама 6 может быть снабжена дополнительными несущими элементами, представляющими собой кронштейны, ребра жесткости, откосы, соединители и выполненными в виде балок, полых профилей и др., предназначенные для установки различных элементов и агрегатов систем двигателя на раме 6 и увеличения жесткости и прочности конструкции рамы 6.
При этом рама 6 может быть выполнена с возможностью обеспечения подвода охлаждающей жидкости к каждому расширительному баку 17 и подвода и отвода охлаждающей жидкости низкотемпературного контура к каждому охладителю (на чертеже не показано) возвратного топлива.
Первый из функциональных уровней рамы 6 служит для установки охладителей 3 наддувочного воздуха, а также подвода и отвода к ним охлаждающей жидкости низкотемпературного контура. Вход охлаждающей жидкости низкотемпературного контура в раму 6 осуществляется из термостатов 16. Далее охлаждающая жидкость через раму 6 поступает в охладители 3 наддувочного воздуха. Из охладителей 3 наддувочного воздуха охлаждающая жидкость через раму 6 поступает на выход к термостатам 16.
Второй функциональный уровень рамы 6 служит для установки охладителей 4 отработавших газов, а также подвода и отвода к ним охлаждающей жидкости высокотемпературного контура. Вход охлаждающей жидкости высокотемпературного контура в раму 6 осуществляется из головок 2 цилиндров. Далее охлаждающая жидкость через раму 6 поступает в охладители 4 отработавших газов. Из охладителей 4 отработавших газов охлаждающая жидкость через раму 6 поступает на выход к термостатам 15 высокотемпературного контура. Этот уровень дополнительно может служить для установки на нем охладителей (на чертеже не показано) возвратного топлива, но подвод охлаждающей жидкости низкотемпературного контура осуществляется с первого функционального уровня.
Из дополнительно введенных несущих элементов рамы 6 может быть образован третий функциональный уровень, обеспечивающий установку на нем расширительных баков 17, фильтров 33 картерных газов, электронного блока 5 управления.
Также имеется множество патрубков и трубопроводов, обеспечивающих функционирование рамы 6 и элементов и агрегатов систем двигателя.
Заявляемый двигатель в варианте с двуступенчатым наддувом работает следующим образом.
Воздух для сгорания поступает в компрессорную часть турбокомпрессоров 19 ступени низкого давления, далее через трубопроводы в один из охладителей 3 наддувочного воздуха. Затем по трубопроводам воздух поступает в компрессорную часть турбокомпрессоров 18 ступени высокого давления, откуда попадает во второй из охладителей 3 наддувочного воздуха, откуда поступает во впускные коллекторы (не показаны) и далее в цилиндры. Отработавшие газы из цилиндров по выхлопным коллекторам 20 поступают в турбинную часть турбокомпрессоров 18 ступени высокого давления. Часть отработавших газов, количество которых регулируется клапанами 24 системы рециркуляции отработавших газов, по трубопроводам 23 поступает в охладители 4 отработавших газов и далее по трубопроводам во впускные коллекторы (не показаны). Далее основной поток отработавших газов через патрубки 21 перепускные поступает в турбинную часть турбокомпрессоров 19 ступени низкого давления и через патрубок 22 выхлопной выбрасывается в атмосферу.
Охлаждающая жидкость для отбора тепла от воздуха для сгорания и части отработавших газов в охладителях 3 и 4 соответственно подводится через раму 6.
Таким образом, за счет введения в двигатель съемной рамы 6, обеспечивающей установку элементов и агрегатов систем, подвод, отвод к ним охлаждающей жидкости и циркуляцию охлаждающей жидкости низко- и высокотемпературных контуров, достигается упрощение установки элементов и агрегатов систем двигателя, благодаря уменьшению количества трубопроводов и разъемов 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, а именно в составе энергетических и движительных установок, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».