Оппозитный двигатель внутреннего сгорания

(51) 02 75/24 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ минимум, один турбокомпрессор с катализатором выхлопных газов, содержащий турбину и нагнетатель, расположенный над картером, причем выпускной коллектор присоединен к турбине турбокомпрессора, согласно полезной модели,турбокомпрессор (турбокомпрессоры) установлен(установлены) вдоль оси коленчатого вала, а выпускной коллектор выполнен в виде двух отдельных выпускных коллекторов для каждой головки цилиндров свой, причем каждый из коллекторов соединен с турбиной турбокомпрессора или турбинами турбокомпрессоров. Предлагаемая конструкция оппозитного двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить топливную экономичность и увеличить удельную мощность, повысить кпд системы турбонаддува,снизить выбросы СО 2, разрешить компоновочные противоречия, связанные с увеличением числа турбокомпрессоров и уменьшением количества цилиндров двигателя, упростить конструкцию и повысить потенциал теплоизоляции для нагретых деталей.(54) ОППОЗИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Полезная модель относится к оппозитному двигателю внутреннего сгорания, а именно к четырехтактному двигателю с горизонтальным расположением цилиндров, предназначенному для использования в транспортных средствах,предпочтительно с переднемоторной или среднемоторной компоновкой. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены горизонтально,двумя рядами на противоположных сторонах картера с коленчатым валом, и каждый ряд цилиндров имеет головку цилиндров с впускными и выпускными каналами, причем впускные каналы расположены снизу, а выпускные каналы сверху головки цилиндров, выпускной коллектор сообщен с выпускными каналами головки цилиндров, как Полезная модель относится к оппозитному двигателю внутреннего сгорания, а именно к четырехтактному двигателю с горизонтальным расположением цилиндров, предназначенному для использования в транспортных средствах,предпочтительно с переднемоторной или среднемоторной компоновкой. Известен оппозитный двигатель внутреннего сгорания с горизонтальным расположением цилиндров, оборудованный системой турбонаддува с охлаждением наддувочного воздуха,и катализатором выхлопных газов. Два турбокомпрессора установлены каждый под своей головкой цилиндров посредством выпускного коллектора,причем ось турбокомпрессора параллельна оси коленчатого вала. Охладитель наддувочного воздуха расположен над двигателем или перед радиатором охлаждения двигателя. Катализатор выхлопных газов соединен с турбиной турбокомпрессора через систему выхлопных труб(2003247423, 02 В 37/00, 29/04, 67/00, оп. 200309-05). Недостатки известного двигателя состоят в следующем. Из-за расположения турбокомпрессора под двигателем, а охладителя наддувочного воздуха над двигателем конструкция имеет длинные трубопроводы наддувочного воздуха с большим количеством изгибов, что приводит к снижению кпд системы турбонаддува. Другим недостатком является установка катализатора на значительном расстоянии от турбокомпрессора, что приводит к снижению эффективности его работы из-за охлаждения выхлопных газов. Кроме того,установка турбокомпрессора под головками цилиндров вынуждает использовать автономную систему смазки турбокомпрессоров, помимо этого,приходится устанавливать силовой агрегат выше,что приводит к повышению центра масс транспортного средства. Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является оппозитный двигатель внутреннего сгорания с горизонтальным расположением рядов цилиндров, содержащий головки цилиндров, картер с коленчатым валом. Выпускные трубопроводы обоих рядов цилиндров объединены в общий коллекторный узел,расположенный над картером. Двигатель содержит,как минимум, один турбокомпрессор с турбиной и нагнетателем, расположенный над картером под углом 90 к оси коленчатого вала. Катализатор выхлопных газов соединен с турбокомпрессором с помощью промежуточного соединительного трубопровода. Конструкцией предусмотрена теплоизоляция с системой охлаждения турбокомпрессора,выпускного коллектора,катализатора выхлопных газов, состоящая из многослойной внешней оболочки, воздушной рубашки и вентилятора (1020100363031, 02 В 37/04, 02 В 67/04, 02 С 6/12, оп.2012-01-12). Наличие одного общего выпускного коллектора,связывающего противолежащие головки цилиндров,ввиду конструктивной особенности оппозитного двигателя, вынуждает удлинять трубопроводы 2 выпускного коллектора, что приводит к снижению степени использования кинетической энергии выхлопных газов для привода турбины турбокомпрессора, это отражается на снижении кпд системы турбонаддува, т.е. на уменьшении удельной мощности и ухудшении топливной экономичности. Ассиметричная, относительно правой и левой стороны двигателя,схема установки турбокомпрессора, связанная с расположением под углом 90 к оси коленчатого вала, требует для компенсации неравномерности удлинения трубопровода наддувочного воздуха, что приводит к возникновению паразитных перепадов давления наддувочного воздуха,что способствует увеличению расхода топлива. Соединительный трубопровод для присоединения катализатора выхлопных газов к турбокомпрессору снижает эффективность работы катализатора из-за потери температуры выхлопных газов, что приводит к увеличению выбросов СО 2. Кроме того, применение теплоизоляции с системой охлаждения выхлопного коллектора,турбокомпрессора, катализатора выхлопных газов приводит к уменьшению температуры,и соответственно кинетической энергии выхлопных газов,что сказывается на снижении производительности турбины турбокомпрессора и эффективности работы катализатора выхлопных газов. Следует отметить, что данная конструкция двигателя не позволяет, с практической точки зрения,осуществить компоновку с тремя турбокомпрессорами. Задачей данной полезной модели является повышение топливной экономичности и увеличение удельной мощности двигателя внутреннего сгорания с горизонтально-оппозитным расположением цилиндров, повышение кпд системы турбонаддува, снижение выбросов СО 2, разрешение компоновочных противоречий,связанных с увеличением числа турбокомпрессоров и уменьшением количества цилиндров двигателя,упрощение конструкции и повышение потенциала теплоизоляции для нагретых деталей. Для этого в оппозитном двигателе внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены горизонтально двумя рядами на противоположных сторонах картера с коленчатым валом, и каждый ряд цилиндров имеет головку цилиндров с впускными и выпускными каналами, причем впускные каналы расположены снизу, а выпускные каналы сверху головки цилиндров, выпускной коллектор сообщен с выпускными каналами головки цилиндров, как минимум, один турбокомпрессор с катализатором выхлопных газов, содержащий турбину и нагнетатель, расположенный над картером, причем выпускной коллектор присоединен к турбине турбокомпрессора, согласно полезной модели,турбокомпрессор (турбокомпрессоры) установлен(установлены) вдоль оси коленчатого вала, а выпускной коллектор выполнен в виде двух отдельных выпускных коллекторов для каждой головки цилиндров свой, причем каждый из коллекторов соединен с турбиной турбокомпрессора или турбинами турбокомпрессоров. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания снабжен двумя турбокомпрессорами, при этом выпускные коллекторы головок цилиндров присоединены к турбинам соответствующих турбокомпрессоров. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания с одним центральным турбокомпрессором дополнительно снабжен еще двумя турбокомпрессорами, турбина каждого из которых сообщена с соответствующим выпускным коллектором головки цилиндров. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания два турбокомпрессора установлены под углом 0 40 к оси коленчатого вала симметрично. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания катализатор выхлопных газов непосредственно, без промежуточного трубопровода,соединен с турбокомпрессором. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания нагретые детали, а именно, выпускные коллекторы,турбокомпрессор(турбокомпрессоры) с катализатором выхлопных газов снабжены теплоизоляцией, непосредственно контактирующей с нагретыми деталями. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания впускной коллектор разделен на две части для каждой головки цилиндров, и обе части связаны между собой воздушным каналом,компенсирующим разность давления. В оппозитном двигателе внутреннего сгорания нагнетатель,турбокомпрессора (турбокомпрессоров) связан с отдельной частью впускного коллектора для каждой головки цилиндров через, как минимум, один охладитель наддувочного воздуха. В соответствии с полезной моделью выпускной коллектор выполнен в виде двух отдельных выпускных коллекторов головок цилиндров,каждый из которых соединен с турбиной турбокомпрессора или турбинами турбокомпрессоров, т.е. выпускной коллектор расположен каждый над своей головкой цилиндров,что позволяет сделать выпускной тракт от выпускных каналов головок цилиндров до турбины турбокомпрессора или турбин турбокомпрессоров максимально коротким и прямолинейным, что способствует максимальному использованию не только термодинамического потенциала, но и энергии импульса выхлопных газов, соответственно способствует повышению кпд турбокомпрессора,что сказывается на повышении топливной экономичности и увеличении удельной мощности. Также выпускной коллектор, разделенный на две самостоятельные части, в силу своей компактности позволяет уменьшить термомеханическую нагрузку на головки цилиндров и на сам коллектор, в частности. В случаях использования общего турбокомпрессора для двух отдельных, т.е. не связанных непосредственно между собой,выпускных коллекторов,применяется так называемый турбокомпрессор , с двумя самостоятельными входными патрубками для выхлопных газов. В случаях использования двух турбокомпрессоров или двух дополнительных турбокомпрессоров из-за компоновочных требований и необходимости снижения длины трубопроводов наддувочного воздуха турбокомпрессоры установлены под углом 0 - 40 к оси коленчатого вала симметрично. При использовании нескольких турбокомпрессоров система турбонаддува может иметь последовательную, параллельную или ступенчатую схему. Предлагаемая конструкция оппозитного двигателя с установкой турбокомпрессора(турбокомпрессоров) вдоль оси коленчатого вала, а также установленного в непосредственной близости с силовым агрегатом, как минимум одного охладителя наддувочного воздуха позволяет уменьшить длину впускного тракта, сделать его максимально прямолинейным, что способствует снижению паразитных перепадов давления во впускном коллекторе и линейности отклика при подаче топлива,т.е. увеличению кпд турбокомпрессора, повышая тем самым удельную мощность при одновременном снижении расхода топлива, что соответственно отражается на снижении выбросов СО 2. Катализатор выхлопных газов необходимо устанавливать как можно ближе к турбокомпрессору, для полного использования температуры выхлопных газов, в данной схеме катализатор соединен непосредственно с турбокомпрессором без лишних дополнительных промежуточных трубопроводов, что позволяет ему,тем самым, быстрее прогреваться до рабочей температуры и раньше вступать в работу снижая выбросы СО 2. Для нагретых деталей выпускной системы, а именно выпускных коллекторов турбокомпрессора(турбокомпрессоров) с катализатором выхлопных газов предусмотрено применение теплоизолирующих материалов, непосредственно контактирующих с нагретыми деталями, в отличии от прототипа, где предусмотрена теплоизоляция с системой охлаждения нагретых деталей. Данная мера позволяет сохранить температуру,соответственно кинетическую энергию выхлопных газов для реализации ее потенциала в турбине турбокомпрессора и катализаторе выхлопных газов,помимо этого, теплоизоляция выше перечисленных деталей, лишенных естественного конвекционного охлаждения, набегающим потоком воздуха во время движения способствует смягчению температурного режима в моторном отсеке. Применение впускного коллектора разделенного на две части, т.е. самостоятельной части для каждой головки цилиндров продиктовано возможностью снижения габаритной высоты силового агрегата, однако для выравнивания возможной незначительной разницы давления во впускных коллекторах предусмотрено использование соединительного воздушного канала. Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания с указанной компоновкой,при которой турбокомпрессор установлен вдоль оси 3 коленчатого вала, приемлема для установки трех турбокомпрессоров, а также на двигателях с, по меньшей мере, четырьмя цилиндрами, это удалось установить на основе анализа размеров существующих горизонтально-оппозитных двигателей внутреннего сгорания,таких производителей, как , , а также турбокомпрессоров , ККК. Благодаря установке турбокомпрессора(турбокомпрессоров) над картером,удалось интегрировать турбокомпрессор в штатную систему смазки двигателя, в результате чего необходимость в автономной системе смазки, как в случае с аналогом, отпала. Фиг.1. Схематичное изображение оппозитного двигателя внутреннего сгорания по прототипу. Фиг.2. Схематичное изображение выполнения заявляемого оппозитного двигателя с одним турбокомпрессором. Фиг.3. Схематичное изображение выполнения заявляемого оппозитного двигателя с двумя турбокомпрессорами. Фиг.4. Схематичное изображение выполнения заявляемого оппозитного двигателя с двумя турбокомпрессорами, установленными под углом 0 40 к оси коленчатого вала. Обозначения 1. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания 2 Ряд цилиндров 3 Картер двигателя 4 Ось коленчатого вала 5 Шкив ременной передачи 6 Коленчатый вал головка цилиндров 8 Турбокомпрессор 9 Катализатор выхлопных газов 10 Ось турбокомпрессора 11 Турбина турбокомпрессора 12 Нагнетатель турбокомпрессора 13 Отдельный выпускной коллектор 14 Патрубок турбины турбокомпрессора 15 Выхлопная труба 16 Выпускной канал головки цилиндров 17 Впускной канал головки цилиндров 18 Впускной коллектор 19 Трубопровод наддувочного воздуха 20 Охладитель наддувочного воздуха 21 Компенсирующий воздушный канал На фиг.2 изображен предлагаемый оппозитный двигатель внутреннего сгорания 1, в котором цилиндры расположены двумя рядами 2, на противоположных сторонах картера 3 с коленчатым валом 6, и каждый ряд цилиндров 2 имеет головку цилиндров 7. Ось коленчатого вала изображена штрих - пунктирной линией и обозначена как позиция 4. Фронтальная часть двигателя определена шкивом ременной передачи 5. Сверху над картером 3 двигателя 1 расположен турбокомпрессор 8, который установлен таким образом, что ось турбокомпрессора 11 расположена вдоль оси коленчатого вала 4. Турбина 11 турбокомпрессора 8, в случаях применения общего турбокомпрессора для двух отдельных выпускных коллекторов 13, имеет два независимых канала 4 входа выхлопных газов через патрубки турбины 14. Непосредственно с турбиной 11 турбокомпрессора 8 соединен катализатор выхлопных газов 9, с другой стороны к катализатору выхлопных газов 9 прикреплена выхлопная труба 15. Головки цилиндров 7 имеют выпускные каналы 16, выходящие наверх и впускные каналы 17 входящие снизу, т.е. направление сквозного прохода потоков снизу-вверх, таким образом, к верхней плоскости каждой головки цилиндров 7 крепится отдельный выпускной коллектор 13, а к нижней плоскости впускной коллектор 18. Нагнетатель 12 турбокомпрессора 8 связан с разделенным на две части впускным коллектором 18 каждой головки цилиндров 7 через, как минимум,один охладитель наддувочного воздуха 20 при помощи симметричных трубопроводов наддувочного воздуха 19. Части впускного коллекторы 18 соединены между собой воздушным каналом 21,компенсирующим возможную неравномерность давления во впускных коллекторах 18. На фиг.3 показан оппозитный двигатель внутреннего сгорания 1,с цилиндрами,расположенными двумя рядами 2,на противоположных сторонах картера 3,с отдельными выпускными коллекторами 13 и впускным коллектором 18 головок цилиндров 7,оснащенного двумя турбокомпрессорами 8 и двумя охладителями наддувочного воздуха 20. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания,в котором цилиндры расположены горизонтально двумя рядами на противоположных сторонах картера с коленчатым валом, и каждый ряд цилиндров имеет головку цилиндров с впускными и выпускными каналами, причем впускные каналы расположены снизу, а выпускные каналы сверху головки цилиндров, выпускной коллектор сообщен с выпускными каналами головки цилиндров, как минимум, один турбокомпрессор с катализатором выхлопных газов, содержащий турбину и нагнетатель, расположенный над картером, причем выпускной коллектор присоединен к турбине турбокомпрессора, отличающийся тем, что турбокомпрессор (турбокомпрессоры) установлен(установлены) вдоль оси коленчатого вала, а выпускной коллектор выполнен в виде двух отдельных выпускных коллекторов для каждой головки цилиндров свой, причем каждый из коллекторов соединен с турбиной турбокомпрессора или турбинами турбокомпрессоров. 2. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двигатель снабжен двумя турбокомпрессорами, при этом выпускные коллекторы головок цилиндров присоединены к турбинам соответствующих турбокомпрессоров. 3. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двигатель с одним центральным турбокомпрессором дополнительно снабжен еще двумя турбокомпрессорами, турбина каждого из которых сообщена с соответствующим выпускным коллектором головки цилиндров. 4. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по пп.2, 3, отличающийся тем, что два турбокомпрессора установлены под углом 0 - 40 к оси коленчатого вала симметрично. 5. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что катализатор выхлопных газов непосредственно,без промежуточного трубопровода,соединен с турбокомпрессором. 6. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что нагретые детали, а именно, выпускные коллекторы, турбокомпрессор газов снабжены теплоизоляцией, непосредственно контактирующей с нагретыми деталями. 7. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что впускной коллектор разделен на две части для каждой головки цилиндров, и обе части связаны между собой воздушным каналом, компенсирующим разность давления. 8. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что нагнетатель турбокомпрессора (турбокомпрессоров) связан с отдельной частью впускного коллектора для каждой головки цилиндров через, как минимум, один охладитель наддувочного воздуха.