ЛОКОМОТИВНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ), А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО И УЗЕЛ ЦИЛИНДРА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НЕМ Российский патент 2010 года по МПК F02F1/16 F01P3/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к локомотивным дизельным двигателям, а в частности - к элементам двигателя, участвующим в потоке охладителя и отведении тепла от конструкций вокруг камеры сгорания.

Уровень техники

Существует несколько проблем, связанных со способом сборки корпуса двигателя, головки цилиндра, гильзы цилиндра и водяной рубашки в двигателе внутреннего сгорания, который использует отдельную гильзу цилиндра. Одна из этих проблем заключается в утечке охладителя. Сопрягающиеся поверхности между блоком двигателя или гильзой цилиндра и соответствующей головкой цилиндров обычно подвержены некоторой утечке продуктов сгорания, а также охладителя, особенно в дизельных двигателях с высокой степенью сжатия, используемых для локомотивов. Эти поверхности обычно сопрягаются с прокладкой головки между ними, и прокладка головки нередко подвергается воздействию выходящих из камеры сгорания продуктов сгорания с высокой температурой и под высоким давлением, в результате чего усиливается износ прокладки и увеличивается сопутствующая утечка охладителя и продуктов сгорания.

В частности, обычно необходимо предусматривать поток охладителя двигателя между головкой цилиндра и областью вокруг гильзы цилиндра в целях отвода излишнего тепла из области вокруг камеры сгорания. Каналы потока между этой областью и головкой цилиндров подвержены некоторой утечке охладителя, особенно когда каналы охлаждения уплотнены только прокладкой головки. Это обусловлено тем, что прокладка головки подвергается воздействию со стороны упомянутой высокой температуры и высокого давления, и состояние прокладки может ухудшаться в результате действия этого давления и температуры. Это ухудшение состояния прокладки головки в конечном счете обусловливает утечку охладителя.

Еще одна проблема, связанная с этим типом двигателя, заключается в неэффективном отводе излишнего тепла из области вокруг камеры сгорания, что может обусловить появление участков местного перегрева, концентраций напряжений и может обусловить ускоренный износ элементов. Охлаждение должно обеспечиваться для любого элемента, составляющего часть камеры сгорания, т.к. эти элементы непосредственно контактируют с продуктами сгорания, имеющими высокую температуру. В связи с вышеизложенным в рассматриваемом типе двигателя, требуется охлаждение для головки цилиндров и гильзы цилиндра. Обычно один и тот же охладитель циркулирует в контакте с головкой цилиндра и гильзой цилиндра, при этом между этими двумя элементами проходит поток и используется такое устройство отвода тепла, как радиатор. При поступлении потока охладителя в область вокруг гильзы цилиндра, если поток охладителя ограничивается контактом только с частью гильзы цилиндра под самым верхним положением верхнего поршневого кольца, то отвод излишнего тепла из камеры сгорания может быть неэффективным. Это объясняется тем, что сгорание начинается наверху камеры сгорания, рядом с головкой цилиндра, над самым верхним положением верхнего поршневого кольца, и верх гильзы цилиндра обычно будет горячее, чем нижние части. Поэтому пониженная эффективность отвода тепла имеет своей причиной циркуляцию охладителя в контакте с относительно низкой частью внешней поверхности гильзы цилиндра.

Еще одна проблема, связанная с этим типом двигателя, заключается в ускоренном износе конструкционных элементов двигателя, который может быть вызван повторяющимися нагрузками, действующими на элементы повторяющимися воспламенениями в цилиндре. В частности, гильза цилиндра обычно крепится, будучи сжатой между головкой цилиндра и корпусом двигателя. То есть головка цилиндра и корпус двигателя обычно свинчены вместе, а гильза цилиндра зажата между ними. Обычно корпус цилиндра и головка цилиндра также удерживают водяную рубашку относительно гильзы цилиндра. Гильза цилиндра может ускоренно изнашиваться в том месте, где она примыкает к корпусу двигателя, по причине повторяющихся нагрузок сгорания, действующих на гильзу цилиндра.

Сущность изобретения

Согласно одному варианту предложено устройство для использования в локомотивном дизельном двигателе, имеющем корпус двигателя, головку цилиндра и гильзу цилиндра, содержащее водяную рубашку, расположенную между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, и поверхность примыкания гильзы на водяной рубашке, при этом поверхность примыкания гильзы примыкает к гильзе цилиндра и является для нее опорой, причем устройство дополнительно содержит верхний конец водяной рубашки, расположенный вблизи головки цилиндра двигателя, отверстие для охладителя в верхнем конце водяной рубашки, при этом отверстие для охладителя выполнено с возможностью проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра, и уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем уплотнение отверстия для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра.

Согласно другому варианту предложен узел цилиндра для использования в локомотивном дизельном двигателе, имеющем корпус двигателя, головку цилиндра и поршень с верхним поршневым кольцом, причем узел цилиндра содержит гильзу цилиндра, образующую цилиндр, причем цилиндр выполнен с возможностью вхождения поршня в него, при этом верхний конец гильзы цилиндра расположен вблизи головки цилиндра двигателя, водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем водяная рубашка имеет верхний конец, расположенный вблизи головки цилиндра двигателя, а гильза цилиндра опирается на водяную рубашку, и канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца, отверстие для охладителя в верхнем конце водяной рубашки для проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра, и уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем отверстие для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит внутренний выступ на водяной рубашке, причем внутренний выступ расположен между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, и на него опирается гильза цилиндра.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит наружный заплечик на гильзе цилиндра, причем наружный заплечик примыкает к у внутреннему выступу на водяной рубашке и на него опирается гильза цилиндра.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит защитное кольцо, расположенное между верхним концом гильзы цилиндра и головкой цилиндра, причем защитное кольцо расположено вблизи цилиндра.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит отражательную перегородку для охладителя в канале охлаждения.

Отражательная перегородка для охладителя, предпочтительно, прикреплена к внешней поверхности гильзы цилиндра.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит верхнее уплотнение гильзы между гильзой цилиндра и водяной рубашкой, причем верхнее уплотнение гильзы расположено над каналом охлаждения.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит верхнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в верхнюю канавку входит верхнее уплотнение гильзы.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит нижнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем нижнее уплотнение гильзы расположено под каналом охлаждения.

Предпочтительно, узел цилиндра дополнительно содержит нижнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в нижнюю канавку входит нижнее уплотнение гильзы.

Согласно еще одному варианту предложен локомотивный дизельный двигатель, содержащий корпус двигателя, головку цилиндра, гильзу цилиндра, образующую цилиндр, и водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем гильза цилиндра опирается на водяную рубашку, при этом двигатель дополнительно содержит поршень, расположенный внутри цилиндра, причем поршень имеет верхнее поршневое кольцо, канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца, и верхнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и водяной рубашкой, причем верхнее уплотнение гильзы расположено над каналом охлаждения.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит внутренний выступ на водяной рубашке, причем внутренний выступ расположен между гильзой цилиндра и корпусом двигателя и на него опирается гильза цилиндра.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит заплечик на гильзе цилиндра, причем наружный заплечик примыкает к у внутреннему выступу на водяной рубашке и на него опирается гильза цилиндра.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит отражательную перегородку в канале охлаждения.

Отражательная перегородка, предпочтительно, прикреплена к внешней поверхности гильзы цилиндра.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит верхнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в верхнюю канавку входит верхнее уплотнение гильзы.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит верхний конец на водяной рубашке, расположенный вблизи головки цилиндра, отверстия для охладителя в верхнем конце водяной рубашки для проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра, и уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем уплотнение отверстия для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра.

Согласно еще одному предложен локомотивный дизельный двигатель, содержащий корпус двигателя, головку цилиндра, гильзу цилиндра, образующую цилиндр, и водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем гильза цилиндра опирается на водяную рубашку, при этом двигатель дополнительно содержит поршень, расположенный внутри цилиндра, причем поршень имеет верхнее поршневое кольцо, канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца, и нижнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, при этом нижнее уплотнение гильзы расположено под каналом охлаждения.

Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит нижнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, при этом в нижнюю канавку входит нижнее уплотнение гильзы.

Обладающие новизной признаки изобретения, а также само изобретение, поясняются прилагаемыми чертежами вместе с приводимым ниже описанием, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вертикальное сечение устройства согласно изобретению,

Фиг.2 - поперечное сечение части устройства, показанного на Фиг.1,

Фиг.3 - вертикальное сечение части устройства, показанного на Фиг.2, и

Фиг.4 - вертикальное сечение части устройства, показанного на Фиг.3.

Подробное описание изобретения

Как показано на Фиг.1, первый вариант выполнения устройства 10 согласно изобретению имеет головку 12 цилиндра, корпус 14 двигателя, гильзу 16 цилиндра, траверсу или водяную рубашку 18 и защитное кольцо 20. Обращенный вверх выступ 22 может быть предусмотрен на внутренней поверхности водяной рубашки 18, как лучше видно на Фиг.3, а обращенный вниз заплечик 24 может быть предусмотрен на внешней поверхности гильзы 16 цилиндра. Заплечик 24 примыкает к выступу 22, чтобы на него опиралась гильза 16 цилиндра от водяной рубашки 18. Водяная рубашка 18 в свою очередь опирается на корпус 14 двигателя. В результате этого гильза 16 цилиндра непосредственно не опирается на корпус 14 двигателя, вследствие чего снижается износ гильзы 16 цилиндра.

Защитное кольцо 20 находится в месте соединения гильзы 16 цилиндра и головки 12 цилиндра и защищает прокладку головки от повреждения горячими газами сгорания. Поршень 38 показан, для ясности, в нижнем положении. В работе, поршень 38 поднимается в свое самое верхнее положение в верхней мертвой точке, где верхнее поршневое кольцо 40 находится приблизительно на высоте 26, показанной относительно гильзы 16 цилиндра. Канал 32 охлаждения выполнен между гильзой 16 цилиндра и водяной рубашкой 18. Канал 32 охлаждения проходит, по меньшей мере, на той же высоте, что и самое верхнее положение 26 поршневого кольца 40. За счет этого обеспечивается максимальный эффект охлаждения циркулирующим охладителем по внешней поверхности гильзы 16 цилиндра на приблизительной высоте инициирования сгорания. Отражательная перегородка 34 на внешней поверхности гильзы 16 цилиндра проходит в канал 32 охлаждения и предназначена для устранения ламинарного потока и содействия теплопередаче от гильзы 16 цилиндра.

Верхнее уплотнение 28 гильзы установлено в верхней канавке на внешней поверхности гильзы 16 цилиндра и создает уплотнение между верхним концом гильзы 16 цилиндра и водяной рубашкой 18. Нижнее уплотнение 30 гильзы установлено в нижней канавке на внешней поверхности гильзы 16 цилиндра и создает уплотнение между нижней частью гильзы 16 цилиндра и водяной рубашкой 18. Второе нижнее уплотнение 36 гильзы может быть предусмотрено во второй нижней канавке на внешней поверхности гильзы 16 цилиндра, чтобы создавать уплотнение между нижней частью гильзы 16 цилиндра и корпусом 14 двигателя.

Как показано на Фиг.2, водяная рубашка 18 имеет множество отверстий 42 для охладителя. Эти отверстия для охладителя сцентрированы с соответствующими отверстиями на поверхности головки 12 цилиндра, без прохождения через гильзу 16 цилиндра. На Фиг.3 показано соединение этих отверстий 42 для охладителя с внутренней поверхностью водяной рубашки 18, формирующее канал 32 охлаждения между водяной рубашкой 18 и гильзой 16 цилиндра. На Фиг.4 показано отверстие 42 для охладителя более подробно. Уплотнение 46 установлено по линии сопряжения между головкой 12 цилиндра и водяной рубашкой 18. Это уплотнение 46 уплотняет отверстие 42 для охладителя от утечки охладителя, отдельно от прокладки головки. Это отдельное уплотнение между водяной рубашкой 18 и головкой 12 цилиндров устраняет утечку охладителя, которая может возникать при износе прокладки головки.

Поясняемое и раскрываемое подробно изобретение способно полностью решить упомянутые выше задачи и дать предполагаемые преимущества, и подразумевается, что данное раскрытие является лишь пояснением предпочтительных в данное время вариантов выполнения изобретения, которое ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.

Локомотивный дизельный двигатель имеет корпус, головку цилиндра, гильзу цилиндра и отдельную водяную рубашку, при этом водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем гильза цилиндра опирается на водяную рубашку. Наружный заплечик на гильзе цилиндра опирается на внутренний выступ в водяной рубашке, тем самым исключая непосредственный контакт между гильзой цилиндра и корпусом двигателя. Канал охлаждения предусмотрен между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, причем канал выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца. Предусмотрены также верхнее уплотнение гильзы над каналом охлаждения и нижнее уплотнение гильзы между гильзой цилиндра и корпусом двигателя под каналом охлаждения. Отверстие для охладителя предусмотрено непосредственно между головкой цилиндра и водяной рубашкой, и имеет уплотнение, отдельное от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра. Такое выполнение повысит эффективность отвода тепла, снизит износ гильзы и предотвратит утечку охладителя. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для использования в локомотивном дизельном двигателе, имеющем корпус двигателя, головку цилиндра и гильзу цилиндра, содержащее:
водяную рубашку, расположенную между гильзой цилиндра и корпусом двигателя; и
поверхность примыкания гильзы на водяной рубашке, при этом поверхность примыкания гильзы примыкает к гильзе цилиндра и является для нее опорой,
причем устройство дополнительно содержит:
верхний конец водяной рубашки, расположенный вблизи головки цилиндра двигателя;
отверстие для охладителя в верхнем конце водяной рубашки, при этом отверстие для охладителя выполнено с возможностью проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра; и
уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем уплотнение отверстия для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра.

2. Узел цилиндра для использования в локомотивном дизельном двигателе, имеющем корпус двигателя, головку цилиндра и поршень с верхним поршневым кольцом, причем узел цилиндра содержит:
гильзу цилиндра, образующую цилиндр, причем цилиндр выполнен с возможностью вхождения поршня в него, при этом верхний конец гильзы цилиндра расположен вблизи головки цилиндра двигателя;
водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем водяная рубашка имеет верхний конец, расположенный вблизи головки цилиндра двигателя, а гильза цилиндра опирается на водяную рубашку; и
канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца, отверстие для охладителя в верхнем конце водяной рубашки для проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра; и
уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем уплотнение отверстия для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и головкой цилиндра.

3. Узел цилиндра по п.2, дополнительно содержащий внутренний выступ на водяной рубашке, причем внутренний выступ расположен между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, и на него опирается гильза цилиндра.

4. Узел цилиндра по п.3, дополнительно содержащий наружный заплечик на гильзе цилиндра, причем наружный заплечик примыкает к внутреннему выступу на водяной рубашке и на него опирается гильза цилиндра.

5. Узел цилиндра по п.2, дополнительно содержащий защитное кольцо, расположенное между верхним концом гильзы цилиндра и головкой цилиндра, причем защитное кольцо расположено вблизи цилиндра.

6. Узел цилиндра по п.2, дополнительно содержащий отражательную перегородку для охладителя в канале охлаждения.

7. Узел цилиндра по п.6, в котором отражательная перегородка для охладителя прикреплена к внешней поверхности гильзы цилиндра.

8. Узел цилиндра по п.2, дополнительно содержащий верхнее уплотнение гильзы между гильзой цилиндра и водяной рубашкой, причем верхнее уплотнение гильзы расположено над каналом охлаждения.

9. Узел цилиндра по п.8, дополнительно содержащий верхнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в верхнюю канавку входит верхнее уплотнение гильзы.

10. Узел цилиндра по п.2, дополнительно содержащий нижнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем нижнее уплотнение гильзы расположено под каналом охлаждения.

11. Узел цилиндра по п.10, дополнительно содержащий нижнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в нижнюю канавку входит нижнее уплотнение гильзы.

12. Локомотивный дизельный двигатель, содержащий:
корпус двигателя;
головку цилиндра;
гильзу цилиндра, образующую цилиндр; и
водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем гильза цилиндра опирается на водяную рубашку, при этом двигатель дополнительно содержит:
поршень, расположенный внутри цилиндра, причем поршень имеет верхнее поршневое кольцо;
канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца; и
верхнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и водяной рубашкой, причем верхнее уплотнение гильзы расположено над каналом охлаждения.

13. Двигатель по п.12, дополнительно содержащий внутренний выступ на водяной рубашке, причем внутренний выступ расположен между гильзой цилиндра и корпусом двигателя и на него опирается гильза цилиндра.

14. Двигатель по п.13, дополнительно содержащий заплечик на гильзе цилиндра, причем наружный заплечик примыкает к внутреннему выступу на водяной рубашке и на него опирается гильза цилиндра.

15. Двигатель по п.12, дополнительно содержащий отражательную перегородку в канале охлаждения.

16. Двигатель по п.15, в котором отражательная перегородка прикреплена к внешней поверхности гильзы цилиндра.

17. Двигатель по п.12, дополнительно содержащий верхнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, причем в верхнюю канавку входит верхнее уплотнение гильзы.

18. Двигатель по п.12, дополнительно содержащий:
верхний конец на водяной рубашке, расположенный вблизи головки цилиндра;
отверстия для охладителя в верхнем конце водяной рубашки для проведения охладителя непосредственно между водяной рубашкой и головкой цилиндра; и
уплотнение отверстия для охладителя вокруг отверстия для охладителя, причем уплотнение отверстия для охладителя создает уплотнение относительно потока охладителя между водяной рубашкой и головкой цилиндра, отдельно от любого другого уплотнения между водяной рубашкой и упомянутой головкой цилиндра.

19. Локомотивный дизельный двигатель, содержащий:
корпус двигателя;
головку цилиндра;
гильзу цилиндра, образующую цилиндр; и
водяную рубашку вокруг гильзы цилиндра, причем водяная рубашка расположена между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, причем гильза цилиндра опирается на водяную рубашку,
при этом двигатель дополнительно содержит:
поршень, расположенный внутри цилиндра, причем поршень имеет верхнее поршневое кольцо;
канал охлаждения между водяной рубашкой и гильзой цилиндра, при этом канал охлаждения выполнен таким образом, что внешняя поверхность гильзы цилиндра открыта воздействию со стороны охладителя вблизи самого верхнего положения верхнего поршневого кольца; и
нижнее уплотнение гильзы, расположенное между гильзой цилиндра и корпусом двигателя, при этом нижнее уплотнение гильзы расположено под каналом охлаждения.

20. Двигатель по п.19, дополнительно содержащий нижнюю канавку на внешней поверхности гильзы цилиндра, при этом в нижнюю канавку входит нижнее уплотнение гильзы.