W-образный двигатель внутреннего сгорания на базе v-образного двигателя
Владельцы патента RU 2265740:
Открытое акционерное общество Холдинговая компания "Коломенский завод" (RU)
Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение степени унификации мощностного ряда двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит общий блок цилиндров, в котором размещен коленчатый вал с подшипниками, цилиндровые комплекты, навесные агрегаты, а к нижней части блока прикреплена поддизельная рама, являющаяся емкостью для масла и несущая на себе охладители, фильтры. Согласно изобретению, W-образная компоновка образована двумя наклонными V-образными отсеками, симметрично расположенными относительно вертикальной оси, проходящей через центр коленчатого вала. При этом поршни противоположных рядов цилиндров внутри каждого V-образного отсека связаны шатунами прицепной конструкции, а нижние подшипники главных шатунов правого и левого V-образных отсеков опираются попарно на соответствующую шатунную шейку коленчатого вала. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.
Известны конструкции двигателей, в которых для увеличения агрегатной мощности и сокращения габаритов по длине увеличивают количество цилиндров за счет использования звездообразной или W-образной компоновки. Большое распространение в свое время получили авиационные звездообразные бензиновые двигатели. Типичным представителем дизеля звездообразной конструкции являются дизели серии М503, выпускаемые заводом "Звезда" в Санкт-Петербурге ("Дизели и газовые двигатели", Отраслевой каталог 20-91-05, М., 1991 г., стр.60-64).
W-образные конструкции автомобильных бензиновых двигателей использует немецкая фирма Ауди (журнал MTZ, № 7-8/2001 г., стр.534-548).
Несмотря на существенные преимущества по габаритам и весу, существующие конструкции указанных компоновок обладают недостатками:
а) сложностью конструкции кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, что соответственно сказывается на надежности и ресурсе, а также усложняет обслуживание и ремонт двигателя;
б) трудностью создания на их базе рядных или V-образных двигателей с обеспечением максимальной унификации основных деталей, снижения трудоемкости изготовления и повышения надежности и ремонта.
Получившие широкое распространение более простые по конструкции V-образные двигатели допускают создание на их базе рядных двигателей (см., например, патент № 2204034 Коломенского завода) и свободны от указанных недостатков, что позволяет использовать их для развития мощностных рядов, примером чего может служить мощностной ряд дизелей типа Д49 Коломенского завода, включающий в себя рядные и V-образные модели со степенью унификации между моделями до 80% в мощностном диапазоне от 300 до 5000 кВт (Diesel and Gas Turbine Worldwide Catalog, 2003, стр.405-406). Однако число цилиндров V-обраэных моделей обычно не превосходит 20, исходя из габаритных и прочностных соображений, что практически исключает возможность значительного увеличения агрегатной мощности и ограничивает дальнейшее развитие мощностного ряда с сохранением унификации между моделями ряда.
Задачей изобретения является сохранение высокой унификации моделей мощностного ряда при увеличении агрегатной мощности за счет увеличения количества цилиндров с обеспечением допустимой длины двигателя.
Поставленная задача решается тем, что W-образный двигатель внутреннего сгорания на базе V-образного двигателя содержит общий блок цилиндров, в котором размещен коленчатый вал с подшипниками, цилиндровые комплекты, навесные агрегаты, а к нижней части блока прикреплена поддизельная рама, являющаяся емкостью для масла и несущая на себе охладители, фильтры. По предложенному изобретению W-образная компоновка образована двумя наклонными V-образными отсеками, симметрично расположенными относительно вертикальной оси, проходящей через центр коленчатого вала, причем угол между центральными осями каждого отсека равен 2γ, где γ - угол развала цилиндров внутри каждого V-образного отсека.
При этом поршни противоположных рядов цилиндров внутри каждого V-образного отсека связаны шатунами прицепной конструкции, а нижние подшипники главных шатунов правого и левого V-образных отсеков опираются попарно на соответствующую шатунную шейку коленчатого вала.
Отличительной особенностью предлагаемой схемы является то, что в правом и левом V-образных отсеках используются шатуны прицепной конструкции, работающие у одноименных цилиндров на общую шатунную шейку. При этом цилиндровые комплекты, представляющие собой единый модуль, собранный из крышки цилиндра, втулки цилиндра, поршня и шатуна (прицепного или главного), устанавливаются в блок цилиндров и снимаются комплектно.
На фиг.1 показан поперечный разрез предлагаемого двигателя;
на фиг.2 - боковой вид двигателя;
на фиг.3 - вид А на фиг.2 со стороны приводов распределительных валов;
на фиг.4 - вид Б на фиг.2 со стороны навесных агрегатов.
Каждый (правый и левый) V-образный отсек двигателя имеет свой распределительный вал 1, вращающийся в корпусе, на котором смонтированы механизм газораспределения 2 и топливные насосы высокого давления 3, а также механизм их управления. На торце двигателя установлены турбокомпрессоры 4, охладители наддувочного воздуха 5, водяные 6 и масляные 7 насосы. Общий регулятор 8 частоты вращения коленчатого вала, имеющий механическую или электрическую связь с топливными насосами (в зависимости от вида используемой топливной аппаратуры), установлен с противоположной стороны двигателя по средней оси двигателя. Там же расположены приводы 9 распределительных валов правого и левого отсеков.
Блок двигателя 10 опирается на жесткую поддизельную раму 11, которая служит емкостью для масла и одновременно несет на себе охладители масла 12, фильтры 13 и другое вспомогательное оборудование. Выпуск отработавших газов производится через выхлопные коллекторы 14 с водяным охлаждением.
Таким образом, предлагаемая W-образная компоновка позволяет при сохранении степени форсировки рабочего процесса увеличить агрегатную мощность пропорционально увеличению количества цилиндров и сохранить высокую степень унификации практически всех деталей (с V-образной модификацией), которые подвергаются в эксплуатации периодической ревизии и могут влиять на ресурс и надежность, что значительно расширяет технологические возможности производства.
При этом для рассматриваемого примера длина 24-цилиндрового W-образного варианта сокращается на ˜15% по сравнению с 20-цилиндровой V-образной модификацией двигателя той же размерности, агрегатная мощность возрастает на 20% при сохранении одинакового уровня форсировки рабочего процесса и напряженности основных деталей, проверенных длительной эксплуатацией.
Предлагаемый двигатель может быть использован в качестве главного судового для кораблей и судов различного назначения и электростанций.
В настоящее время проведена эскизная проработка и оценочные расчеты динамики 24-цилиндрового W-образного дизеля на базе дизелей типа Д49 Коломенского завода.
W-образный двигатель внутреннего сгорания на базе V-образного двигателя, содержащий общий блок цилиндров, в котором размещен коленчатый вал с подшипниками, цилиндровые комплекты, навесные агрегаты, а к нижней части блока прикреплена поддизельная рама, являющаяся емкостью для масла и несущая на себе охладители, фильтры, отличающийся тем, что W-образная компоновка образована двумя наклонными V-образными отсеками, симметрично расположенными относительно вертикальной оси, проходящей через центр коленчатого вала, поршни противоположных рядов цилиндров внутри каждого V-образного отсека связаны шатунами прицепной конструкции, а нижние подшипники главных шатунов правого и левого V-образных отсеков опираются попарно на соответствующую шатунную шейку коленчатого вала.
