Система охлаждения оппозитного двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2025 года по МПК F01P5/02 F01P5/10 F02B75/24 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно, к системам охлаждения оппозитных четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.

Известна система принудительного охлаждения оппозитного двигателя, содержащая приводные вентиляторы, установленные с возможностью независимого охлаждения каждого цилиндра (https://info.hultafors-russia.ru/dvigatel-dnepr-i-ural-prinuditelnoe-ohlazhdenie/).

Недостатками известной системы являются неравномерность охлаждения цилиндров, расположенных на противоположных сторонах двигателя; отсутствие возможности получать информационные данные о температурных параметрах работающего двигателя и менять режимы работы принудительной системы воздушного охлаждения; отсутствие возможности диагностирования состояния цилиндров; неравномерные температурные нагрузки верхних и нижних частей рабочих цилиндров.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание надежного, простого и удобного в ремонте и обслуживании двигателя с устранением отмеченных недостатков.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности работы за счет обеспечения равномерности температурного состояния цилиндров и головок, снижение расхода масла и повышение экономичности.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что система охлаждения содержит приводные вентиляторы, установленные с возможностью независимого охлаждения каждого цилиндра, при этом, согласно изобретению, система выполнена жидкостной с раздельными, автономными жидкостными контурами охлаждения каждого цилиндра, каждый из контуров охлаждения снабжен насосом, радиатором и вентилятором, а также датчиком температуры цилиндра, при этом каждый жидкостной насос имеет электрический регулируемый привод, привод каждого вентилятора выполнен электрическим, регулируемым, а система снабжена единым блоком управления, связанным с датчиками температуры, насосами и вентиляторами с возможностью регулирования температуры охлаждающей жидкости в каждом контуре.

Технический результат в части системы достигается также тем, что единый блок управления может быть сообщен электрически с кислородным датчиком, установленным в выпускной системе двигателя, и выполнен с возможности диагностирования неисправностей каждого цилиндра путем анализа данных о температурном состоянии каждого цилиндра и данных о количестве кислорода в продуктах сгорания.

Технический результат в части системы достигается также тем, что единый блок управления может быть дополнительно сообщен электрически с датчиком положения дроссельной заслонки каждого цилиндра.

Технический результат в части системы достигается также тем, что на наружной поверхности цилиндров жидкостного охлаждения могут быть выполнены ребра воздушного охлаждения.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показана 3Д-модель оппозитного двигателя;

на фиг. 2 показан внешний вид картера;

на фиг. 3 показан коленчатый вал двигателя;

на фиг. 4 показан внешний вид цилиндра;

на фиг. 5 показана головка цилиндра;

на фиг. 6 показана схема системы охлаждения двигателя.

Оппозитный двигатель внутреннего сгорания, в котором применяется заявленная система охлаждения, содержит картер 1 с установленным в его полости коленчатым валом 2 с коренными шейками 3 и цапфами 4 и расположенной между ними парой шатунных шеек 5, установленных одна относительно другой под углом 180 градусов. Цилиндры 6 установлены на противоположных сторонах картера 1. Они имеют рубашку жидкостного охлаждения, ограничивающую полости 7 жидкостного охлаждения, а также имеют полость 8 для размещения механизма привода распредвала 9, установленного в каждой головке 10 цилиндров. Масляный поддон 11 соединен с картером 1. Система жидкостного охлаждения имеет раздельные, автономные жидкостные контуры охлаждения, каждый из которых снабжен электрическим насосом 12, жидкостным радиатором 13 и вентилятором 14. При этом каждый жидкостной насос 12 имеет электрический регулируемый привод (на чертеже не показан). Привод каждого вентилятора 14 выполнен электрическим, регулируемым, а система снабжена единым блоком управления 15, связанным с насосами 12 и вентиляторами 14 с возможностью регулирования температуры охлаждающей жидкости в каждом контуре. Радиаторы 13 сообщены с общим расширительным бачком 16.

Картер 1 выполнен туннельным, механизм привода распредвала 9 выполнен цепным, на каждой цапфе 4 коленчатого вала 2 закреплена звездочка 17 цепного привода распредвала 9, зацепленная с цепью (на чертежах не показана) привода распредвала 9 одного из цилиндров 6, которые выполнены одинаковыми, универсальными, с возможностью установки на любую сторону картера 1. Сквозная полость 8 цепной передачи, расположена с одной стороны цилиндра 6.

Одна звездочка 17 закреплена на одной цапфе 4, расположенной с одной стороны коленчатого вала 2, а другая звездочка 17 закреплена на другой цапфе 4, расположенной на противоположной стороне коленчатого вала 2. При этом на каждой цапфе закреплена звездочка привода распредвала одного из оппозитных цилиндров, а каждая звездочка расположена в полости 18 приводной звездочки, выполненной в картере 1.

Единый блок управления 15 может быть сообщен электрически с кислородным датчиком (на чертежах не показан), установленным в выпускной системе двигателя, и выполнен с возможностью диагностирования неисправностей каждого цилиндра путем анализа данных о температурном состоянии каждого цилиндра 6 и данных о количестве кислорода в продуктах сгорания.

Единый блок управления 15 может быть дополнительно сообщен электрически с датчиком положения дроссельной заслонки (на чертежах не показаны) каждого цилиндра 6.

Совокупность конструктивных решений, примененных при создании двигателя, позволяет устанавливать на картер 1 цилиндры 6 одинакового исполнения, в отличие от уровня техники, в котором левый и правый цилиндры выполняют в различном исполнении. При этом известные оппозитные двигатели являются очень температурно нагруженными по причине применения воздушной системы охлаждения, которой явно недостаточно. В результате действия коэффициентов расширения разных металлов, применяемых в двигателе, увеличивается количество подтекания масла и порой топлива в местах соединения. При высокой температурной нагруженности двигателя часто выходят из строя свечи. Затрудняется пуск двигателя и возникают механические повреждения выпускных клапанов и поршней. Высокие эксплуатационные температуры нередко становились причиной прогорания прокладок под головками цилиндров. Еще одним негативным механическим эффектом в двигателях с воздушным охлаждением является «залегание» или закоксовывание поршневых колец. Шариковые подшипники приходят в негодность уже через несколько тысяч километров пробега. Система смазки очень малоемкая, примерно 2,3 литра масла при объеме двигателя, близкой к 1 литру. Система зажигания, контакторная или электронная с движущимися частями на распределительном валу, имеющая зазорную часть в сочленении приводных звезд газораспределительного механизма, также приводит к сбоям и не точному искрообразованию.

Предлагаемая конструкция картера и непосредственно рабочего цилиндра позволяет изготавливать один универсальный тип рабочего цилиндра, который устанавливается с любой стороны картера. При этом привод газораспределительного механизма связан посредством цепи с звездочками коленчатого вала, и сам распредвал с клапанами располагаются в головке (крышке) рабочего цилиндра. Рабочий цилиндр 6 имеет внутри себя стальную гильзу, со стенками которой взаимодействуют поршневые кольца самого рабочего поршня (на чертежах не показаны). Внутри рабочего цилиндра 6 имеются полости и каналы жидкостной системы охлаждения. На поверхности рабочего цилиндра имеются конструктивные приливы и отверстия, предусмотренные для крепежа рабочего цилиндра 6 к картеру 1, а также соединяющие с головкой (крышкой) рабочего цилиндра. Кроме рубашки жидкостного охлаждения внутри цилиндра 6, поверхность рабочего цилиндра имеет ребра воздушного охлаждения снаружи.

Универсальность рабочего цилиндра позволяет значительно увеличить ремонтопригодность двигателя, сократить время текущего и капитального ремонтов. Увеличивает ресурс двигателя. Сокращает номенклатуру запасных частей. Создает предпосылки устойчивого и экономичного режимов работы двигателя.

В описываемом двигателе каждый цилиндр 6 имеет свой автономный контур жидкостной системы охлаждения. При такой системе охлаждения в двигателе исключен перегрев, а также недогрев каждого из цилиндров 6 в отдельности (путем контроля необходимой температуры в каждом из цилиндров 6 отдельно). В алгоритме работы электрических насосов 12 и вентиляторов 14 охлаждения радиаторов 13, прописаны электронные программы по регулированию подачи охлаждающей жидкости и принудительного потока воздуха для радиаторов 13, работающих в необходимом режиме с каждым из цилиндров 6 двигателя в отдельности (независимо друг от друга). При этом, кроме жидкостного контура используется также контур воздушного охлаждения, выполненный в виде обдуваемых вентиляторами 14 ребер воздушного охлаждения, расположенных на наружных стенках цилиндров 6, то есть снаружи рубашек жидкостного охлаждения, что повышает эффективность теплообмена.

В системе охлаждения известного уровня техники один из цилиндров имеет свойство перегрева (недогрева) по причине неравномерности подачи топлива и отличий в процессе искрообразования. В том числе, из-за разницы потока воздуха, охлаждающего радиатор 13 или стенки цилиндра 6. Как правило, применение в обычной системе охлаждения двигателя одного радиатора и одного жидкостного насоса не позволяет изменять условия функционирования каждого из цилиндров 6 и, соответственно, дифференцировать работу системы охлаждения каждого цилиндра 6 в отдельности.

В описываемой системе каждый цилиндр 6 имеет свой электрический насос 12 и свой радиатор 13 с вентилятором 14, которые управляются единым электронным блоком управления 15, в котором прописаны параметры нормальной работы рабочих цилиндров каждого в отдельности. При такой системе охлаждения исключен перегрев (недогрев) правого или левого цилиндров, так как в алгоритме работы электрических насосов 12 и вентиляторов 14, прописаны электронные программы по регулированию подачи охлаждающей жидкости и принудительного потока воздуха (работа вентиляторов) для радиаторов 13, работающих синхронно с каждым из цилиндров двигателя (независимо друг от друга). Кроме того, в электронном блоке управления 15 системы охлаждения заложены отклонения температуры, по которым можно определять неисправности, которые ведут к увеличению или уменьшению температуры правого или левого цилиндров, что облегчает диагностику двигателя и выявляет проблему в момент непосредственной эксплуатации, так как именно она выводится на панель 18 приборов управления транспортным средством.

С помощью алгоритмов работы данной системы можно выявить такие неисправности как:

- обогащенная смесь - неустойчивая работа двигателя, вызванная обогащенной смесью, приведет к понижению температуры конкретного цилиндра, что сразу уловит блок 15. Так как кислородный датчик увидит разницу показаний, то совокупность всех данных отобразиться на панели 18 приборов, как «обогащенная смесь» конкретного цилиндра 6 и будет диагностироваться, как выход из строя форсунки;

- обедненная смесь - неустойчивая работа двигателя, вызванная обедненной смесью, приведет к повышению температуры конкретного цилиндра 6, что так же, как и при обогащенной смеси, сразу уловит блок 15. Так как кислородный датчик увидит разницу показаний, то совокупность всех данных отобразиться на панели приборов, как «обедненная смесь» конкретного цилиндра 6 и будет диагностироваться, как выход из строя форсунки;

- неисправность в искрообразовании свечей и катушек зажигания - приводит к перебоям работы двигателя, к потере температуры конкретного цилиндра 6, но при этом периодичность вспышек будет показывать по кислородному датчику, что в некоторые периоды искрообразования двигатель работает ненормально. Периодичность этих неисправностей говорит о непостоянном искрообразовании, что является выходом из строя либо свечи, либо катушки зажигания (на чертежах не показаны). Выявление данной неисправности заложено также в блоке 15;

- неисправность дроссельных узлов (правого или левого в отдельности);

- неисправность системы охлаждения (отказ в работе каждой из электрических насосов 12, каждого из вентиляторов 14 охлаждения радиаторов 13).

Также в электронном блоке управления 15 системы охлаждения заложены отклонения температуры, по которым можно определять неисправности в каждом отдельном цилиндре 6, а не во всем блоке цилиндров. Определение неисправностей происходит в момент различия температур и режимов работы системы охлаждения каждого отдельного цилиндра, что облегчает диагностику двигателя и выявляет причину неисправности в момент непосредственной эксплуатации двигателя. С помощью алгоритмов работы данной системы можно выявить такие неисправности как:

- неисправность дроссельных узлов (правого или левого в отдельности) может показать датчик положения дроссельной заслонки. А также датчик температуры зафиксирует повышение или понижение температуры блока цилиндров;

- неисправность системы смазки;

- прогар клапанов, поршня или прокладки головки блока цилиндров.

Все эти неисправности обычно выявляются путем технологической диагностики отдельно взятых агрегатов двигателя при их ремонте или обслуживании. А их несвоевременное выявление приводит к необратимым последствиям, связанным с дорогостоящим ремонтом или полным выходом из строя узлов, агрегатов, деталей двигателя и самого двигателя в целом. Особенно актуальны эти вопросы при эксплуатации летной и мотоциклетной техники, то есть в тех случаях, когда объект, оснащенный оппозитным двигателем, при поломке теряет не только динамические свойства, но и ведет к неустойчивости или потере ориентации в пространстве - падению на поверхность земли двухколесного (нестабилизированного) транспортного средства или летательного аппарата.

Таким образом, выполнение одинаковых узлов и деталей правой и левой стороны двигателя упрощает конструкцию двигателя, его обслуживание и ремонт. Кроме того, повышается надежность работы двигателя за счет обеспечения равномерности температурного состояния цилиндров и головок, а также снижаются расхода масла и топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам охлаждения оппозитных четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. Система принудительного охлаждения оппозитного двигателя содержит приводные вентиляторы (14), установленные с возможностью независимого охлаждения каждого цилиндра. Система выполнена жидкостной с раздельными, автономными жидкостными контурами охлаждения каждого цилиндра. Каждый из контуров охлаждения снабжен насосом (12), радиатором (13) и вентилятором (14), а также датчиком температуры цилиндра. Каждый жидкостной насос (12) имеет электрический регулируемый привод. Привод каждого вентилятора (14) выполнен электрическим, регулируемым. Система снабжена единым блоком (15) управления, связанным с датчиками температуры, насосами (12) и вентиляторами (14) с возможностью регулирования температуры охлаждающей жидкости в каждом контуре. Технический результат заключается в повышении надежности работы за счет обеспечения равномерности температурного состояния цилиндров и головок. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система принудительного охлаждения оппозитного двигателя, содержащая приводные вентиляторы, установленные с возможностью независимого охлаждения каждого цилиндра, отличающаяся тем, что система выполнена жидкостной с раздельными, автономными жидкостными контурами охлаждения каждого цилиндра, каждый из контуров охлаждения снабжен насосом, радиатором и вентилятором, а также датчиком температуры цилиндра, при этом каждый жидкостной насос имеет электрический регулируемый привод, привод каждого вентилятора выполнен электрическим, регулируемым, а система снабжена единым блоком управления, связанным с датчиками температуры, насосами и вентиляторами с возможностью регулирования температуры охлаждающей жидкости в каждом контуре.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что единый блок управления сообщен электрически с кислородным датчиком, установленным в выпускной системе двигателя, и выполнен с возможностью диагностирования неисправностей каждого цилиндра путем анализа данных о температурном состоянии каждого цилиндра и данных о количестве кислорода в продуктах сгорания.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что единый блок управления дополнительно сообщен электрически с датчиком положения дроссельной заслонки каждого цилиндра.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности цилиндров жидкостного охлаждения выполнены ребра воздушного охлаждения.