RU156437U1 - Дизельный двигатель - Google Patents

Abstract

Дизельный двигатель с V-образным расположением рядов цилиндров, с системой газотурбинного наддува, содержащей турбокомпрессоры, расположенные в развале двигателя, устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, соединенные с турбокомпрессорами при помощи патрубков, блок-картер, выполненный литым, картер агрегатов привода механизма газораспределения, впускной коллектор наддувочного воздуха, выпускные коллекторы наддувочного воздуха, установленные в развале дизельного двигателя, отличающийся тем, что впускной коллектор наддувочного воздуха интегрирован в отливку блок-картера, система газотурбинного наддува выполнена двухступенчатой, при этом первой ступенью являются турбокомпрессоры низкого давления и соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, второй ступенью - турбокомпрессоры высокого давления и соединенные с ними дополнительно установленные устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, причем турбокомпрессоры первой ступени установлены на картере агрегатов привода механизма газораспределения, а соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха смонтированы посредством кронштейна над двигателем, турбокомпрессоры второй ступени соединены с впускным коллектором наддувочного воздуха, а соединенные с ними дополнительно установленные устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха также смонтированы посредством кронштейна над двигателем.

Description

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, а именно к дизелестроению, и предназначена для использования в дизель-генераторных установках, например, тепловозного назначения.

В настоящее время улучшение мощностных и массогабаритных показателей дизельных двигателей для железнодорожного путевого состава является перспективным направлением научно-технической деятельности.

Из уровня техники известны многоцилиндровые дизельные двигатели с V-образным расположением рядов цилиндров. Такое расположение цилиндров позволяет решить как минимум две задачи: уменьшить габариты двигателя и увеличить число цилиндров в одном двигателе, т.е. увеличить его мощность («Двигатели внутреннего сгорания». В 3-х кн. Кн. 2. «Динамика и конструирование: учебник для ВУЗов/авторы: В.Н. Луканин и др., под ред. В.Н. Луканина. 2-е изд. Переработанное и дополненное, М. Высшая школа, 2005, с. 89-93).

Недостатком известных двигателей является то, что, несмотря на ряд преимуществ, связанных с компоновкой, уменьшение длины дизельных двигателей с V-образным расположением цилиндров сопровождается увеличением ширины, что затрудняет их использование, например, в моторном отсеке тепловоза.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является дизельный двигатель MTU 16V 4000 G 21 производства компании MTU Friedrichshafen GmbH, Германия.

Известный двигатель с V-образным расположением цилиндров, с углом развала 90°, содержит систему одноступенчатого турбонаддува, которая включает в себя турбокомпрессоры, расположенные в развале дизельного двигателя, выпускные коллекторы наддувочного воздуха, соединенные с турбокомпрессорами, устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, впускной коллектор наддувочного воздуха, расположенный снаружи двигателя, соединительные детали, блок-картер, выполненный литым, картер агрегатов привода механизма газораспределения. Турбокомпрессоры установлены в развале двигателя на кронштейнах. Привод турбины осуществляется отработавшими газами через выпускные коллекторы, расположенные в развале двигателя. Устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха установлены на отдельном кронштейне на картере маховика. Охлажденный наддувочный воздух поступает в головки цилиндров с впускного коллектора, расположенного с внешней стороны двигателя (Техническое описание «GEKO, Technical Publication, Diesel Engine 16V 4000 G 21», МО 15403/00E 02-09, 2009, pp. 1-124. Для пояснения представлены: титульный лист документа и с. 2-1, содержащая схему и описание дизельного двигателя по прототипу. См. Приложение к разделу заявки «Уровень техники» на 2 стр.1 экз.)

К недостаткам конструкции известного дизельного двигателя относятся неудовлетворительные массогабаритные показатели, в частности, по ширине двигателя, что создает препятствия к использованию его на железнодорожном транспорте, так как он не вписывается в компоновку локомотивов.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение удельных массогабаритных показателей дизельного двигателя.

Технический результат достигается тем, что дизельный двигатель выполнен с V-образным расположением рядов цилиндров, с системой газотурбинного наддува, которая содержит турбокомпрессоры, расположенные в развале дизельного двигателя, устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, соединенные с турбокомпрессорами при помощи патрубков, блок-картер, выполненный литым, картер агрегатов привода механизма газораспределения, впускной коллектор наддувочного воздуха и выпускные коллекторы наддувочного воздуха, установленные в развале дизельного двигателя. Новым является то, что впускной коллектор интегрирован в отливку блок-картера дизельного двигателя; система газотурбинного наддува выполнена двухступенчатой: первой ступенью являются турбокомпрессоры низкого давления и соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, второй ступенью - турбокомпрессоры высокого давления и соединенные с ними дополнительно установленные устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Турбокомпрессоры первой ступени установлены на картере агрегатов привода механизма газораспределения, а соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха смонтированы посредством кронштейна над двигателем. Турбокомпрессоры второй ступени соединены с впускным коллектором наддувочного воздуха и также установлены посредством кронштейна над двигателем.

Предложенная конструкция позволяет существенно уменьшить габарит двигателя по ширине и применить угол между рядами цилиндров 60°. Для V-образных двигателей угол развала является одним из самых важных параметров при проектировании двигателя. Планируемый нормальный порядок работы цилиндров позволяет выбрать значение угла между рядами цилиндров, равное 60°. По выбору угла между рядами цилиндров заявленного дизельного двигателя был проведен ряд исследований, причем определяющим фактором являлись габариты моторного отсека тепловоза. Заявляемое техническое решение решает поставленную задачу улучшения удельных массогабаритных показателей двигателя за счет выполнения впускного коллектора наддувочного воздуха в отливке блок-картера двигателя и расположения турбокомпрессоров ступени высокого давления газотурбинного наддува, а также устройств промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, соединенных с турбокомпрессорами, над двигателем. То, что турбокомпрессоры первой ступени установлены на картере агрегатов привода механизма газораспределения, также способствует достижению заявленного технического результата, а именно улучшает массогабаритные показатели двигателя. При смене поставщика турбокомпрессоров или при необходимости установки более мощных турбокомпрессоров такое расположение обеспечивает возможность быстрой и беспроблемной их замены. Кроме того, заявленная компоновка дизельного двигателя позволяет унифицировать корпусные детали всего семейства двигателей.

Вся совокупность существенных признаков обеспечивает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».

Заявляемая полезная модель представлена на следующих графических изображениях:

На фиг. 1 - общий вид дизельного двигателя, вид слева спереди;

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Фиг. 3 - общий вид дизельного двигателя, вид справа сзади.

Дизельный двигатель (фиг. 1-3) с V-образным расположением рядов цилиндров содержит блок - картер 1, коллектор 2 впуска наддувочного воздуха, индивидуальные головки цилиндров 3.1-3.16, топливная форсунка 4, турбокомпрессоры 5.1, 5.2 первой ступени, турбокомпрессоры 6.1, 6.2 второй ступени, выпускные коллекторы 7.1, 7.2, соединительный патрубок 8, устройства 9.1, 9.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха первой ступени, патрубки 10.1, 10.2, устройства 11.1, 11.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха второй ступени, патрубок 12, картер 13 агрегатов привода механизма газораспределения, кронштейн 14 крепления турбокомпрессоров первой ступени, картер 15 маховика, маховик 16 двигателя, картер 17 привода агрегатов, водяной насос 18 «холодного» контура охлаждения, водяной насос 19 «горячего» контура охлаждения, водомасляный теплообменник 20, поддон 21, топливные фильтры 22 грубой очистки, фильтры 23 тонкой очистки.

Полезную модель осуществляют следующим образом.

16-цилиндровый дизельный двигатель выполняют с V-образным расположением цилиндров и углом между рядами цилиндров (углом развала) 60°. Основную корпусную деталь двигателя - блок-картер 1 - изготавливают из чугуна методом литья вместе с впускным коллектором 2 наддувочного воздуха. На двигателе устанавливают индивидуальные головки цилиндров 3.1-3.16 с центральным расположением топливной форсунки 4. Головка цилиндра снабжена двухступенчатой системой газотурбинного наддува: первая ступень - это турбокомпрессоры 5.1, 5.2 низкого давления и соединенные с ними через патрубок 8 устройства 9.1, 9.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Вторая ступень - турбокомпрессоры 6.1, 6.2 высокого давления и соединенные с ними через патрубки 10.1, 10.2 устройства 11.1, 11.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Наддувочный воздух через впускной коллектор поступает к головке цилиндра со стороны развала двигателя, после чего отработавшие газы поступают в выпускные коллекторы 7.1, 7.2 наддувочного воздуха, также расположенные в развале двигателя. Отработавшие газы из головок цилиндров поступают к турбинам турбокомпрессоров 6.1, 6.2 второй ступени, откуда поступают к турбинам турбокомпрессоров 5.1, 5.2 первой ступени. Из турбокомпрессоров 5.1, 5.2 первой ступени воздух поступает в соединительный патрубок 8 и далее в устройства 9.1, 9.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха первой ступени и оттуда в турбокомпрессоры 6.1, 6.2 второй ступени. После второй ступени турбонаддува воздух поступает по патрубкам 10.1, 10.2 в устройства 11.1, 11.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха второй ступени, откуда через патрубок 12 во впускной коллектор, интегрированный в отливку блок-картера.

На заднем торце двигателя устанавливают картер 13 агрегатов привода механизма газораспределения. Корпус картера 13 агрегатов привода механизма газораспределения выполняют из чугуна и используют для защиты шестерен привода механизма газораспределения и привода турбонасоса высокого давления (ТНВД). В картере 13 агрегатов привода механизма газораспределения выполняют фланцы для крепления ТНВД с каждой стороны рядов цилиндров. Также к картеру 13 агрегатов привода механизма газораспределения крепят: кронштейн 14 крепления турбокомпрессоров первой ступени, картер 15 маховика. Картер маховика выполняют из чугуна с фланцем крепления к нему стартеров и приводимых двигателем агрегатов. Передачу крутящего момента от двигателя осуществляют через маховик 16 двигателя. На маховике 16 двигателя выполняют зубья для датчика синхронизации электронной системы управления и съемный стартерный венец.

На переднем торце двигателя установлен передний картер 17 привода агрегатов, который выполнен из чугуна и служит для защиты гасителя крутильных колебаний, расположенного на носке коленчатого вала и шестерен привода агрегатов: водяной насос 18 «холодного» контура и водяной насос 19 «горячего» контура охлаждения и масляный насос, расположенный в поддоне. В картере агрегатов выполнены каналы для течения охлаждающей жидкости и масла от насосов в двигатель, а также установочные места для термостатов системы охлаждения и системы смазки. К картеру агрегатов крепят водомасляный теплообменник 20 с масляными фильтрами.

Масло в систему смазки поступает из поддона 21, расположенного внизу двигателя. В поддоне расположен масляный насос с маслозаборником, имеются перегородки для жесткости конструкции и исключения пенообразования масла.

С боковых сторон двигателя расположены компоненты системы питания: ТНВД, топливные фильтры 22 грубой очистки и фильтры 23 тонкой очистки. Также с правой стороны двигателя расположены фильтры системы смазки: центрифуга и фильтры.

Для установки двигателя предусмотрены четыре опоры, расположенные по две с каждой стороны и закрепленные на блок-картере.

Заявленная полезная модель прошла испытания в составе опытного образца дизельного двигателя. Дизельный двигатель предназначен для использования в промышленных условиях и изготавливается в промышленных условиях, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Claims (1)

1. Дизельный двигатель с V-образным расположением рядов цилиндров, с системой газотурбинного наддува, содержащей турбокомпрессоры, расположенные в развале двигателя, устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, соединенные с турбокомпрессорами при помощи патрубков, блок-картер, выполненный литым, картер агрегатов привода механизма газораспределения, впускной коллектор наддувочного воздуха, выпускные коллекторы наддувочного воздуха, установленные в развале дизельного двигателя, отличающийся тем, что впускной коллектор наддувочного воздуха интегрирован в отливку блок-картера, система газотурбинного наддува выполнена двухступенчатой, при этом первой ступенью являются турбокомпрессоры низкого давления и соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, второй ступенью - турбокомпрессоры высокого давления и соединенные с ними дополнительно установленные устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, причем турбокомпрессоры первой ступени установлены на картере агрегатов привода механизма газораспределения, а соединенные с ними устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха смонтированы посредством кронштейна над двигателем, турбокомпрессоры второй ступени соединены с впускным коллектором наддувочного воздуха, а соединенные с ними дополнительно установленные устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха также смонтированы посредством кронштейна над двигателем.

   

Images