дизельный двигатель, деталь дизельного двигателя обеспечивающая заранее установленный предел прочности и способ предотвращения повреждения дизельного двигателя

Формула изобретения

1. Деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407), предназначенная для закрывания ведущего через наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1) дизельного двигателя канала аварийной продувки (6), где камера сгорания с нескольких сторон окружена цилиндром, и как минимум одной верхней стороной как минимум одного двигающегося в цилиндре в направлении вверх-вниз поршня, которые образуют наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1), причем канал аварийной продувки (6) предусмотрен в наружной стенке (3; 103), характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) предназначена, для того чтобы защищать двухтактные крейцкопфные дизельные двигатели большой мощности с прямоточной продувкой от всевозможных повреждений, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого избыточного давления газов (py) в камере сгорания (1), вызванного неправильной работой дизельного двигателя, при этом у детали запрограммированного разрушения (7; 107; 407) есть предусмотренное в наружной стенке (3; 103) место запрограммированного разрушения (12), которое ломается при достижении давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), это давление ниже избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и выше максимально допустимого нормального давления в камере сгорания (pn) в нормальных условиях эксплуатации двигателя, особенно при давлении, необходимом для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), которое при любой температуре (T) в одном из встречающихся в камере сгорания (1) диапазонов температур (T0-T1) выше порогового давления (pu) и ниже разрушительного давления (po), причем пороговое давление (pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации давления в камере сгорания (pn), а разрушительное давление (ро) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, причем пороговое давление (pu) как минимум на значение давления срабатывания ( pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn) и/или разрушительное давление (po) как минимум на значение безопасного давления ( po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и где пороговое давление (pu) в возникающем в камере сгорания (1) диапазоне температур всегда на 10% выше максимального давления в камере сгорания (pn) при нормальных условиях эксплуатации двигателя, и особенно предпочтительно, чтобы оно было выше 180 бар, а разрушительное давление (po) в это же время было ниже 270 бар, причем место запрограммированного разрушения выполнено в форме кольца вокруг края участка пластины для запрограммированного разрушения, который, в отличие от окружающей его наружной стенки имеет более тонкие стенки, и изогнут по отношению к камере сгорания, а деталь запрограммированного разрушения (7; 107) изготовлена как одно целое вместе с участком пластины запрограммированного разрушения (11).

2. Деталь запрограммированного разрушения по п.1, характеризующаяся тем, что она снабжена устройством для ее правильного позиционирования в канале аварийной продувки.

3. Деталь запрограммированного разрушения по п.1 формулы изобретения, характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения для канала аварийной продувки выполнена для установки вместе с уплотнителем в канал аварийной продувки (6) с внутренней стороны камеры сгорания после того, как она введена в камеру сгорания снаружи, причем предпочтительно, чтобы деталь запрограммированного разрушения имела форму, которая позволяла бы ее установку через подобный канал с параметрами, соответствующими параметрам канала аварийной продувки, который она закрывает.

4. Деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) по п.1, характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) выполнена таким образом, чтобы было возможно ее установить ее снаружи вместе с уплотнителем в канал аварийной продувки (6) к двигателю.

5. Деталь запрограммированного разрушения (107) по п.4, характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения (107) для закупоривания канала аварийной продувки выполнена в виде гильзы или содержит отрезок гильзы (10), чей контур поперечного сечения соответствует контуру поперечного сечения канала аварийной продувки (6), и при этом желательно, чтобы он имел цилиндрическую форму и, что особенно важно, имел осесимметричное уплотнение, которое в собранном состоянии находится в обращенной к камере сгорания части детали запрограммированного разрушения и закрывает деталь запрограммированного разрушения по направлению к камере сгорания.

6. Деталь запрограммированного разрушения (7; 107) по п.4 формулы изобретения, характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения (7; 107) выполнена в форме заслонки (7) или включает в себя участок в виде заслонки (113), которым снаружи закрывается канал аварийной продувки (6).

7. Деталь запрограммированного разрушения (7; 107) по п.5 формулы изобретения, характеризующаяся тем, что деталь запрограммированного разрушения (7; 107) выполнена в виде заслонки (7) или включает в себя участок в виде заслонки (113), которым снаружи закрывается канал аварийной продувки (6).

8. Деталь запрограммированного разрушения по любому пункту с 1 по 7, характеризующаяся тем, что у нее есть плечо конической формы на прилегающем к ней участке, предусмотренном для теплоизоляции от наружной стенки камеры сгорания.

9. Деталь запрограммированного разрушения по любому пункту с 1 по 7, характеризующаяся тем, что как минимум участок детали запрограммированного разрушения у места запрограммированного разрушения изготовлен из смеси материалов, состоящих из отдельных субстанций, причем определенный спектр отдельных субстанций данной смеси служит идентификатором места запрограммированного разрушения.

10. Деталь запрограммированного разрушения по любому пункту с 1 по 7, характеризующаяся тем, что в собранном состоянии на деталь запрограммированного разрушения (107) нанесена маркировка (22), заметная снаружи, которая позволяла бы классифицировать детали запрограммированного разрушения (107) в соответствии с такими параметрами, как, например: диапазон колебаний давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения, дата установки и/или установленный срок ее службы, причем маркировка может быть нанесена преимущественно на электронный носитель информации, которую возможно считывать, не двигая деталь, таким носителем может служить радиочастотная метка - RFIG-чип.

11. Дизельный двигатель, а в особенности двухтактный крейцкопфный дизельный двигатель большой мощности с как минимум одной камерой сгорания (1), где камера сгорания с нескольких сторон окружена цилиндром, и как минимум одной верхней стороной как минимум одной двигающейся в цилиндре в направлении вверх-вниз поршня, которые образуют наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1), характеризующийся тем, что в наружной стенке (3; 103) камеры сгорания (1) предусмотрен канал аварийной продувки (6), ведущий наружу, закрытый автономной деталью запрограммированного разрушения (7; 107; 407) по п.1 формулы изобретения, причем деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) имеет место запрограммированного разрушения (12), и оно приспособлено, для того чтобы защищать дизельный двигатель от повреждений разного рода, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого избыточного давления газов (py) в камере сгорания (1), вызванного неправильной работой дизельного двигателя, при этом у детали запрограммированного разрушения (7; 107; 407) есть предусмотренное в наружной стенке (3; 103) место запрограммированного разрушения (12), которое ломается при достижении давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), это давление ниже избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и выше максимально допустимого нормального давления в камере сгорания (pn) в нормальных условиях эксплуатации двигателя, особенно при давлении, необходимом для разрушения места запрограммированного разрушения (ps) при любой температуре (T) в одном из встречающихся в камере сгорания (1) диапазонов температур (T0-T1), которое выше порогового давления (pu) и ниже разрушительного давления (po), причем пороговое давление (pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации давления в камере сгорания (pn), а разрушительное давление (po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, причем пороговое давление (pu) как минимум на значение давления срабатывания ( pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn) и/или разрушительное давление (po) как минимум на значение безопасного давления ( po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и где пороговое давление (pu) в возникающем в камере сгорания (1) диапазоне температур всегда на 10% выше максимального давления в камере сгорания (pn) при нормальных условиях эксплуатации двигателя и особенно предпочтительно, чтобы оно было выше 180 бар, а разрушительное давление (po) в это же время было ниже 270 бар.

12. Дизельный двигатель по п.11 формулы изобретения, характеризующийся тем, что канал аварийной продувки (6) на противоположной камере сгорания (1) стороне места запрограммированного разрушения (12), окружен надежным местом захватывания (4; 105; 308; 408) образующихся при разрушении места запрограммированного разрушения (12) осколков и, в лучшем случае, также выходящих горячих газов.

13. Дизельный двигатель по п.11, характеризующийся тем, что в нем имеется устройство для закрепления как минимум одной детали запрограммированного разрушения (7; 107; 407) в соответствии с пунктами формулы изобретения с 2 по 9 на наружной стенке (3; 103) камеры сгорания (1), желательно на самой верхней точке поршня, монтируемого на втулке цилиндра, головке или крышке цилиндра (2; 102; 302; 402).

14. Дизельный двигатель по п.11. характеризующийся тем, что на внутренней поверхности наружной стенки камеры сгорания располагается канал аварийной продувки.

15. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что деталь запрограммированного разрушения изготовлена в виде гильзы, закупоривающей канал аварийной продувки, или имеет участок гильзы, закупоривающий канал аварийной продувки, чья передняя поверхность, обращенная к камере сгорания, удалена от внутренней поверхности наружной стенки камеры сгорания.

16. Дизельный двигатель по п.13 характеризующийся тем, что канал аварийной продувки на участке между камерой сгорания и деталью запрограммированного разрушения имеет ломаную или изогнутую форму.

17. Дизельный двигатель по п.13 характеризующийся тем, что между камерой сгорания (1) и местом запрограммированного разрушения проложен пропускающий давление теплостойкий материал (19), в особенности пористое твердое вещество, такое как, например, металлическая пена или металлическая сетка, и/или деталь запрограммированного разрушения (107) в смонтированном состоянии, у которой передняя сторона, обращенная к камере сгорания (1) покрыта теплостойким и/или антикоррозийным защитным экраном (19, 20), причем теплостойкий защитный экран (19, 20), имеет особенное покрытие (19) из теплостойкого сплава, которое входит в его состав, например это может быть сплав никеля и/или твердое пористое вещество, например металлическая пена или металлическая сетка.

18. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что обращенная к камере сгорания (1) передняя поверхность детали запрограммированного разрушения (107) и внутренняя поверхность наружной стенки камеры сгорания (103) находятся на одном уровне.

19. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что у цилиндра есть закрытая с наружной стороны площадь соприкосновения (16, 116) вокруг канала аварийной продувки (6), а у детали запрограммированного разрушения (7) имеется соответствующий уплотнительный фланец (13) с соответствующей, обращенной к камере сгорания уплотнительной поверхностью (14), причем изоляция по кругу (411) в лучшем случае предусмотрена между площадью соприкосновения и уплотнительной поверхностью на детали запрограммированного разрушения (407).

20. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что зона захватывания (4) представляет собой присоединенный к выходу из камеры сгорания (1) выпускной канал (4), соединенный при помощи проходящей через место запрограммированного разрушения (12) соединительной линии с каналом аварийной продувки (6).

21. Дизельный двигатель по п.20, характеризующийся тем, что место захватывания (105) освобождающихся при разрушении места запрограммированного разрушения (12) горячих газов и обломков представляет собой соединенный с камерой сгорания (1) сборный бак для отработанных газов (105), соединенный при помощи проходящей через место запрограммированного разрушения (12) соединительной линии (108) с каналом аварийной продувки (6).

22. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что камера сгорания (1) с нескольких сторон окружена головкой цилиндра (2; 102; 302; 402) и свинченной с головкой цилиндра (2; 102; 302; 402) втулкой цилиндра, а деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) предусмотрена на головке цилиндра (2; 102; 302; 402) в лучшем случае эксцентрично на крышке головки цилиндра (2; 102; 302; 402).

23. Дизельный двигатель по любому п.11, или 12, или 13, характеризующийся тем, что в качестве зоны захватывания (408) для образовавшихся в результате разрушения места запрограммированного разрушения (12) осколков для каждой камеры сгорания (1) предусмотрен фильтр-ловушка (408), который через место запрограммированного разрушения (12) соединен с каналом аварийной продувки (6).

24. Дизельный двигатель по п.13, характеризующийся тем, что в нем предусмотрено устройство для промывки охладителем, в особенности охлаждающей водой или газом, обращенной к камере сгорания стороны места запрограммированного разрушения или участка пластины запрограммированного разрушения.

25. Дизельный двигатель по п.24, характеризующийся тем, что в нем предусмотрена линия для вещества для промывки, расположенная выше по потоку, чем подвод для газа для продувки, а в качестве охлаждающего вещества используется подведенный к цилиндру наддувочный воздух.

26. Дизельный двигатель по п.24, характеризующийся тем, что место запрограммированного разрушения предусмотрено в канале аварийной продувки у детали запрограммированного разрушения, которая его закрывает, причем в собранном состоянии на участке пластины запрограммированного разрушения, отвернутом от камеры сгорания, предусмотрена дополнительная заглушка в канале аварийной продувки, причем участок пластины запрограммированного разрушения и дополнительная заглушка ограничивают камеру с охладителем внутри канала аварийной продувки, причем давление, необходимое для разрушения дополнительной заглушки, ниже давления, необходимого для разрушения детали запрограммированного разрушения, причем в качестве охладителя предусмотрена охлаждающая вода.

27. Дизельный двигатель по п.24 или 26, характеризующийся тем, что в нем в качестве охладителя предусмотрена охлаждающая вода и дроссельное устройство, через которое в случае разрушения детали запрограммированного разрушения дросселируется подвод охладителя.

28. Деталь двухтактного крейцкопфного дизельного двигателя большой мощности по п.11, характеризующаяся тем, что она содержит присоединитель для как минимум одной детали запрограммированного разрушения в соответствии с каждым из пунктов формулы изобретения с 1 по 9.

29. Способ, позволяющий избежать возможных повреждений дизельного двигателя, у которого есть как минимум одна камера сгорания (1), ограниченная с нескольких сторон как минимум одним цилиндром, образующим наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1), а также как минимум одной верхней стороной как минимум одного вращающегося в цилиндре вверх-вниз поршня, характеризующийся тем, что для предотвращения повреждений двухтактного крейцкопфного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого избыточного давления (рy) газов в камере сгорания (1) при неправильной работе двухтактного крейцкопфного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, в наружной стенке (3; 103) как минимум одной камеры сгорания (1) предусмотрена как минимум одна деталь запрограммированного разрушения (7;107;407) в соответствии с п.1 формулы изобретения или дизельный двигатель сконструирован в соответствии с п.11 формулы изобретения, и при возрастании давления в камере сгорания (1) выше максимально допустимого давления в камере сгорания (pn) при нормальных условиях эксплуатации дизельного двигателя разрушается место запрограммированного разрушения (12), что предотвращает дальнейшее возрастание давления до избыточного давления (py), приводящего к возникновению повреждений, причем деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) создана для закрывания ведущего через наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1) канала аварийной продувки (6) и приспособлена, для того чтобы защищать канал аварийной продувки от всевозможных повреждений, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого давления (py) газов в камере сгорания (1), вызванного неправильной работой дизельного двигателя, причем деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) имеет предназначенное для нее место запрограммированного разрушения (12) на наружной стенке, причем давление, необходимое для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), ниже избыточного давления (py), начиная с которого двигателю наносятся повреждения, и выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn).

30. Способ по п.29, характеризующийся тем, что имеющийся в камере сгорания предохранительный клапан заменяется деталью запрограммированного разрушения (7; 107; 407), предназначенной для закрывания ведущего через наружную стенку (3; 103) камеры сгорания (1) дизельного двигателя канала аварийной продувки (6), эта деталь предназначена для того, чтобы защищать двигатель от всевозможных повреждений, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого давления (py) газов в камере сгорания (1), вызванного неправильной работой дизельного двигателя, причем деталь запрограммированного разрушения (7; 107; 407) имеет предназначенное для нее место запрограммированного разрушения (12) на наружной стенке, причем давление, необходимое для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), ниже избыточного давления (py), начиная с которого двигателю наносятся повреждения, и выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn).

31. Способ по п.30, характеризующийся тем, что изначально служащий в качестве встроенного канал для предохранительного клапана преобразовывается в ведущий из камеры сгорания канал аварийной продувки и закрывается деталью запрограммированного разрушения (407).

32. Способ по п.29, характеризующийся тем, что деталь запрограммированного разрушения по достижении установленного ограничения срока службы заменяется, причем ограничение срока службы, например, может быть указано на маркировке детали запрограммированного разрушения.

33. Способ по п.29, характеризующийся тем, что значение ограничения срока службы указывает момент замены по причине приходящихся в определенный период времени нагрузок на деталь запрограммированного разрушения.

34. Способ по п. 29, характеризующийся тем, что для контроля за нагрузкой на деталь запрограммированного разрушения применяется измерительная система.

35. Способ по п.33 или 34, характеризующийся тем, что в случае, если деталь запрограммированного разрушения не была заменена вовремя, автоматически раздается аварийный сигнал, сообщающий о том, что деталь запрограммированного разрушения отработала свой срок службы, и двигатель автоматически дросселируется, для того чтобы данная деталь подвергалась воздействию давления, которое выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации давлению в камере сгорания.

36. Способ по п.29, характеризующийся тем, что во время проведения монтажа замены детали запрограммированного разрушения (12) в одном из цилиндров дизельного двигателя остальные цилиндры продолжают функционировать.

37. Способ по п.29, при этом деталь запрограммированного разрушения используется в соответствии с п.9 формулы изобретения, характеризующийся тем, что исходный материал для детали запрограммированного разрушения верифицируется на соответствие спектра профиля компонентов материала более позднему спектру профиля компонентов материала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается дизельного двигателя, в особенности двухтактного крейцкопфного дизельного двигателя большой мощности, а также детали для его вынужденной остановки. Кроме того, настоящее изобретение касается способа, позволяющего избежать повреждения дизельного двигателя.

Использование дизельных двигателей, в особенности это касается двухтактных дизелей большой мощности, применяемых в качестве судовых двигателей или на генераторных станциях, в прошлом было связано с серьезными повреждениями и причинением вреда обслуживающему персоналу в тех случаях, когда, например, головка цилиндра из-за повышения давления поднимается в камеру сгорания. При этом растягиваются или даже рвутся цилиндрические болты, при помощи которых головка цилиндра привинчивается к цилиндру, что происходит из-за чрезмерного возрастания давления объема газа между головкой цилиндра, внутренними стенками цилиндра и двигающегося в цилиндре вверх-вниз поршня, это происходит из-за того, что цилиндрические болты не рассчитаны на такое избыточное давление.

Отведение головки цилиндра приводит к выходу газа, как при взрыве, между головкой цилиндра и цилиндром, при котором с очень громким хлопком до 170 дБ бесконтрольно выходит горячий газ, часто в форме пламени, что приводит к травмам у обслуживающего персонала, кроме того, повреждаются обращенные друг к другу уплотнительные поверхности на головке цилиндра или на самом цилиндре или находящийся между ними уплотнитель, вследствие этого требуется дорогостоящий ремонт головки цилиндра, для того чтобы заменить уплотнитель или исправить уплотнительные поверхности. Даже для цилиндров, не являющихся съемными (так называемый, двигатель Bugatti), вышеописанное опасное возрастание давления может привести к возникновению повреждений или деформации внутренних деталей двигателя, например поршневого шатуна, или даже необходимости замены соединений коренного вала, что влечет за собой долгий простой двигателя и большие затраты на его починку. Крупные компании, занимающиеся страхованием судов, уже сегодня предписывают необходимость наличия предохранительного клапана у судового двигателя, защищающего от подобных повреждений. Предохранительные клапаны, обычно применяемые в дизельных двигателях большой мощности, не могут полностью защитить от вышеуказанных повреждений, чаще всего они служат только индикатором или свистком, предупреждающим о скором поднятии головки цилиндра или повреждении цилиндра, и не могут их предотвратить. Дело в том, что традиционные предохранительные клапаны работают для этого слишком медленно и, для того чтобы это стало возможно, должны иметь такие большие размеры, что их применение будет просто невыгодно. Подобные свистящие предохранительные клапаны были разработаны еще и для того, чтобы сигнализировать об усугубляющейся со временем ненормальной работе двигателя, но они не приспособлены, для того чтобы предупреждать избыточное давление, возникающее, например, вследствие спонтанного и непредвиденного отказа двигателя или ошибки электроники при управлении двигателем.

Устройства для снижения давления, такие как плавкие вставки, места запрограммированного разрушения или предохранительные мембраны, как известно, применяются на участках с низким давлением. Например, в японском патенте JP S 45-037498B описана деталь запрограммированного разрушения, защищающая упавшую в воду сельскохозяйственную машину от блокировки двигателя, причиной чего служит поступающая в камеру сгорания вода, которая по причине своей несжимаемости препятствует дальнейшей работе поршня.

Исходя из этого задачей настоящего изобретения является создать дизельный двигатель, а особенно двухтактный крейцкопфный дизельный двигатель большой мощности с прямоточной продувкой, который бы при своем использовании имел низкий потенциал опасности и не требовал больших затрат на техническое обслуживание, создать для него деталь запрограммированного разрушения, а также разработать способ, позволяющий избегать повреждений дизельного двигателя.

Эта задача решается тем, что предложена деталь запрограммированного разрушения, предназначенная для того, чтобы защищать двухтактные крейцкопфные дизельные двигатели большой мощности с прямоточной продувкой от всевозможных повреждений, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого избыточного давления газов (py) в камере сгорания, вызванного неправильной работой дизельного двигателя. У детали запрограммированного разрушения есть предусмотренное в наружной стенке место запрограммированного разрушения, которое ломается при достижении давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения (ps). Это давление ниже избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и выше максимально допустимого нормального давления в камере сгорания (pn) в нормальных условиях эксплуатации двигателя, особенно при давлении, необходимом для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), которое при любой температуре (T) в одном из встречающихся в камере сгорания (1) диапазонов температур (T0-T1) выше порогового давления (pu) и ниже разрушительного давления (po), причем пороговое давление (pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации давления в камере сгорания (pn), а разрушительное давление (po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, причем пороговое давление (pu) как минимум на значение давления срабатывания ( pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn), и/или разрушительное давление (po) как минимум на значение безопасного давления ( po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и где пороговое давление (pu) в возникающем в камере сгорания (1) диапазоне температур всегда на 10% выше максимального давления в камере сгорания (pn) при нормальных условиях эксплуатации двигателя, и особенно предпочтительно, чтобы оно было выше 180 бар, а разрушительное давление (po) в это же время было ниже 270 бар.

Место запрограммированного разрушения выполнено в форме кольца вокруг края участка пластины для запрограммированного разрушения, который в отличие от окружающей его наружной стенки имеет более тонкие стенки и изогнут по отношению к камере сгорания, а деталь запрограммированного разрушения изготовлена как одно целое вместе с участком пластины запрограммированного разрушения.

Деталь запрограммированного разрушения может быть снабжена устройством для ее правильного позиционирования в канале аварийной продувки.

Деталь запрограммированного разрушения для канала аварийной продувки выполнена для установки вместе с уплотнителем в канал аварийной продувки с внутренней стороны камеры сгорания после того, как она введена в камеру сгорания снаружи, причем предпочтительно, чтобы деталь запрограммированного разрушения имела форму, которая позволяла бы ее установку через подобный канал с параметрами, соответствующими параметрам канала аварийной продувки, который она закрывает.

Деталь запрограммированного разрушения выполнена таким образом, чтобы было возможно ее установить ее снаружи вместе с уплотнителем в канал аварийной продувки к двигателю.

Деталь запрограммированного разрушения для закупоривания канала аварийной продувки может быть выполнена в виде гильзы или содержать отрезок гильзы, чей контур поперечного сечения соответствует контуру поперечного сечения канала аварийной продувки, и при этом желательно, чтобы он имел цилиндрическую форму и, что особенно важно, имел осесимметричное уплотнение, которое в собранном состоянии находится в обращенной к камере сгорания части детали запрограммированного разрушения и закрывает деталь запрограммированного разрушения по направлению к камере сгорания.

Деталь запрограммированного разрушения может быть выполнена в форме заслонки или включать в себя участок в виде заслонки, которым снаружи закрывается канал аварийной продувки.

Деталь запрограммированного разрушения имеет плечо конической формы на прилегающем к ней участке, предусмотренном для теплоизоляции от наружной стенки камеры сгорания.

Как минимум, участок детали запрограммированного разрушения у места запрограммированного разрушения изготовлен из смеси материалов, состоящих из отдельных субстанций, причем определенный спектр отдельных субстанций данной смеси служит идентификатором места запрограммированного разрушения.

В собранном состоянии на деталь запрограммированного разрушения (107) нанесена маркировка (22), заметная снаружи, которая позволяла бы классифицировать детали запрограммированного разрушения (107) в соответствии с такими параметрами, как, например: диапазон колебаний давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения, дата установки и/или установленный срок ее службы, причем маркировка может быть нанесена преимущественно на электронный носитель информации, которую возможно считывать, не двигая деталь, таким носителем может служить RFID-чип (Radio Frequency IDentification, радиочастотная метка).

Предложен также дизельный двигатель, с как минимум одной камерой сгорания, где камера сгорания с нескольких сторон окружена цилиндром, и как минимум одной верхней стороной как минимум одной двигающейся в цилиндре в направлении верх-вниз поршня, которые образуют наружную стенку камеры сгорания, в котором согласно решению, в наружной стенке камеры сгорания предусмотрен канал аварийной продувки, ведущий наружу, закрытый автономной деталью запрограммированного разрушения, причем деталь запрограммированного разрушения имеет место запрограммированного разрушения, и оно приспособлено, для того чтобы защищать дизельный двигатель от повреждений разного рода, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого избыточного давления газов (py) в камере сгорания, вызванного неправильной работой дизельного двигателя, при этом у детали запрограммированного разрушения есть предусмотренное в наружной стенке место запрограммированного разрушения, которое ломается при достижении давления, необходимого для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), это давление ниже избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и выше максимально допустимого нормального давления в камере сгорания (pn) в нормальных условиях эксплуатации двигателя, особенно при давлении, необходимом для разрушения места запрограммированного разрушения при любой температуре (Т) в одном из встречающихся в камере сгорания диапазонов температур (Т0-Т1), которое выше порогового давления (pu) и ниже разрушительного давления (po), причем пороговое давление (pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации давления в камере сгорания (pn), а разрушительное давление (po) ниже самого низкого избыточного давления (рy), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, причем пороговое давление (pu) как минимум на значение давления срабатывания ( pu) выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn) и/или разрушительное давление (po) как минимум на значение безопасного давления ( po) ниже самого низкого избыточного давления (py), начиная с которого в двигателе возникают повреждения, и где пороговое давление (pu) в возникающем в камере сгорания диапазоне температур всегда на 10% выше максимального давления в камере сгорания (pn) при нормальных условиях эксплуатации двигателя и особенно предпочтительно, чтобы оно было выше 180 бар, а разрушительное давление (po) в это же время было ниже 270 бар.

Канал аварийной продувки на противоположной камере сгорания стороне места запрограммированного разрушения, окружен надежным местом захватывания образующихся при разрушении места запрограммированного разрушения осколков и, в лучшем случае, также выходящих горячих газов. В дизельном двигателе имеется устройство для закрепления как минимум одной детали запрограммированного разрушения на наружной стенке камеры сгорания, желательно на самой верхней точке поршня, монтируемого на втулке цилиндра головке или крышке цилиндра. На внутренней поверхности наружной стенки камеры сгорания располагается канал аварийной продувки.

Канал аварийной продувки на участке между камерой сгорания и деталью запрограммированного разрушения имеет ломаную или изогнутую форму. В дизельном двигателе между камерой сгорания и местом запрограммированного разрушения проложен пропускающий давление теплостойкий материал, в особенности пористое твердое вещество, такое как, например, металлическая пена или металлическая сетка, и/или деталь запрограммированного разрушения в смонтированном состоянии, у которой передняя сторона, обращенная к камере сгорания, покрыта теплостойким и/или антикоррозийным защитным экраном, причем теплостойкий защитный экран имеет особенное покрытие из теплостойкого сплава, которое входит в его состав, например это может быть сплав никеля и/или твердое пористое вещество, например металлическая пена или металлическая сетка.

Камера сгорания дизельного двигателя с нескольких сторон окружена головкой цилиндра и свинченной с головкой цилиндра втулкой цилиндра, а деталь запрограммированного разрушения предусмотрена на головке цилиндра, в лучшем случае эксцентрично на крышке головки цилиндра.

Имеющийся в камере сгорания предохранительный клапан заменяется деталью запрограммированного разрушения, предназначенной для закрывания ведущего через наружную стенку камеры сгорания дизельного двигателя канала аварийной продувки, эта деталь предназначена для того, чтобы защищать двигатель от всевозможных повреждений, которые могут возникнуть из-за нежелательно высокого давления (py) газов в камере сгорания, вызванного неправильной работой дизельного двигателя, причем деталь запрограммированного разрушения имеет предназначенное для нее место запрограммированного разрушения на наружной стенке, причем давление, необходимое для разрушения места запрограммированного разрушения (ps), ниже избыточного давления (py), начиная с которого двигателю наносятся повреждения и выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания (pn).

Изначально служащий в качестве встроенного канал для предохранительного клапана преобразовывается в ведущий из камеры сгорания канал аварийной продувки и закрывается деталью запрограммированного разрушения.

Деталь запрограммированного разрушения по достижении установленного ограничения срока службы заменяется, причем ограничение срока службы, например, может быть указано на маркировке детали запрограммированного разрушения. Во время проведения монтажа замены детали запрограммированного разрушения в одном из цилиндров дизельного двигателя остальные цилиндры продолжают функционировать. Исходный материал для детали запрограммированного разрушения верифицируется на соответствие спектра профиля компонентов материала более позднему спектру профиля компонентов материала. Дизельный двигатель имеет хотя бы одну камеру сгорания, со всех сторон окруженную цилиндром, равно как минимум одну верхнюю поверхность как минимум одного поршня вверх-вниз, образующие наружную стенку камеры сгорания, причем на наружной стенке камеры сгорания расположено место запрограммированного разрушения. Это может быть также дизель с двумя движущимися друг против друга поршнями.

Согласно данному изобретению у дизельного двигателя есть место запрограммированного разрушения, предназначенное для того, чтобы уберечь двигатель от повреждений, вызванных нежелательным высоким избыточным давлением газов в камере сгорания, причиной чего служит неправильная работа дизельного двигателя, причем на месте запрограммированного разрушения давление, необходимое для запрограммированного разрушения, ниже избыточного давления, начиная с которого возникают разрушения, и выше максимально предусмотренного давления внутри камеры сгорания в нормальных условиях эксплуатации двигателя. При этом, что рассматривается как преимущество, место запрограммированного разрушения может быть расположено на детали запрограммированного разрушения, предусмотренной для закрытия канала аварийной продувки в наружной стенке камеры сгорания дизельного двигателя. Для этого на наружной стенке камеры сгорания должен иметься канал аварийной продувки, закрытый деталью запрограммированного разрушения.

При помощи подобного дизельного двигателя или соответствующей детали запрограммированного разрушения в дальнейшем может применяться способ, согласно данному изобретению, позволяющий избегать повреждений дизельного двигателя. Он характеризуется тем, что для того чтобы избежать повреждений, возникающих вследствие нежелательно высокого избыточного давления газов в камере сгорания, причиной чего служит неправильная работа дизельного двигателя, предусмотрено применение как минимум одной детали запрограммированного разрушения в наружной стенке как минимум одной камеры сгорания и/или использование дизельного двигателя с соответствующей настоящему изобретению конструкцией.

Наиболее выгодной является ситуация, когда надежно предотвращены описанные вначале повреждения, возникающие из-за выхода газа между цилиндром и головкой цилиндра, а также отсутствует деформация всевозможных внутренних деталей вследствие избыточного давления сгорания в камере сгорания, таких как деформация поршневого штока, деталей крейцкопфа или шатуна, а также частично наступающего перекоса прессового соединения коренного вала и др. Это происходит, потому что прежде чем успеет возникнуть избыточное давление разрушительной силы, лопнет деталь запрограммированного разрушения, что как минимум будет значительным препятствием для дальнейшего нарастания давления в камере сгорания из-за дальнейшего сгорания впрыскиваемого топлива и возможной дальнейшей компрессии за счет падения давления в лопнувшем месте запрограммированного разрушения. Ранее описанное разрушение в месте запрограммированного разрушения позволяет предотвратить появление ожидаемых более тяжелых повреждений, потому что в конечном итоге речь идет о гораздо более дешевом и простом ремонте заранее предусмотренной поломки.

При этом места запрограммированного разрушения изготовлены с расчетом на давление запрограммированного разрушения, обозначенного очень строгими рамками. При этом удается во всем возможном температурном диапазоне в камере сгорания, то есть как при горячем, так и при холодном моторе поддерживать давление запрограммированного разрушения на уровне выше порогового давления и ниже разрушительного давления, причем пороговое давление выше максимально возможного в нормальных условиях эксплуатации двигателя давления внутри камеры сгорания, создаваемого при компрессии и сгорании топлива, а разрушительное давление ниже самого низкого избыточного давления, при котором двигателю наносятся повреждения. Вместе с тем предохранительное приспособление настоящего изобретения работает вне зависимости от состояния, в котором находится двигатель, работает он с полной или частичной нагрузкой.

Для того чтобы предотвратить усталостное разрушение места запрограммированного разрушения в дальнейшем, должен быть указан или установлен срок службы места запрограммированного разрушения, в течение которого давление запрограммированного разрушения абсолютно точно выше порогового давления и ниже разрушительного давления.

Предпочтителен вариант, когда место запрограммированного разрушения выполнено в виде кольцевидного оборотного края вокруг участка пластины, предназначенного для запрограммированного разрушения, причем этот край по сравнению с окружающей его наружной стенкой имеет более тонкие стенки и имеет выпуклую форму по отношению к камере сгорания.

Место запрограммированного разрушения или канал аварийной продувки с деталью запрограммированного разрушения - на обращенной к камере сгорания поверхности поршня. Кроме того, для этого подходит любое место на цилиндре. Для двигателей и цилиндров с запирающейся при помощи головки цилиндра цилиндровой втулкой предпочтительно, когда место запрограммированного разрушения и в лучшем случае ведущий из камеры сгорания закрытый деталью запрограммированного разрушения канал аварийной продувки располагаются на головке цилиндра. У цилиндров, соответствующих классу дизельных двигателей большой мощности, тарелка и привод дренажного клапана, как правило, входят в состав легко заменяемой компактной специальной сборочной единицы. Аварийный сбросной клапан обычно не входит в состав специальной сборочной единицы. Предпочтительно, чтобы деталь запрограммированного разрушения была легко доступна и по истечении срока эксплуатации вне зависимости от того, лопнула она или нет, могла быть легко заменена. Ремонт дизельного двигателя в случаях поломки детали запрограммированного разрушения, расположенной на головке цилиндра, должен проходить очень легко, чтобы двигатель был выведен из эксплуатации на очень короткий срок или при наличии отдельных отсоединяемых цилиндров мог бы продолжать работать на других цилиндрах. Теоретически возможно также существование цельного места запрограммированного разрушения в наружной стенке камеры сгорания.

При этом дополнительным плюсом является, если деталь запрограммированного разрушения закреплена на двигателе с внешней стороны и закупоривает канал аварийной продувки. При этом деталь запрограммированного разрушения может представлять собой своеобразную пробку для закупоривания канала аварийной продувки или заслонку, привинчиваемую снаружи поверх канала аварийной продувки. Можно предположить также и такой вариант, когда предохранитель представляет собой самостоятельную защищающую саму себя деталь, которую можно вставить с внутренней стороны камеры сгорания в канал аварийной продувки. Подобная деталь запрограммированного разрушения может быть вставлена через место примыкания продувочного канала у основания цилиндра, если поршень находится в положении, близком к нижней точке возврата, или через специально просверленное для этого отверстие, например им может быть сам канал аварийной продувки, если он имеет подходящую, например овальную, форму, и деталь запрограммированного разрушения в закрученном виде через канал аварийной продувки может быть установлена в месте своего непосредственного применения.

Еще один предпочтительный вариант исполнения предохранительного устройства, когда отдельная деталь запрограммированного разрушения в виде отрезка гильзы цилиндрической формы закупоривает камеру сгорания со стороны наружной стенки или же она может быть выполнена в виде отрезка заслонки наподобие головки болта, которая прилегает к уплотнительной поверхности своей нижней уплотняющей частью, обращенной к наружной стенке.

Деталь запрограммированного разрушения при этом может состоять из зажатой между двумя уплотнительными фланцами пластины для запрограммированного разрушения или несущего участка вокруг места запрограммированного разрушения, представляющего из себя одну деталь с участком пластины для запрограммированного разрушения. В качестве альтернативы деталь запрограммированного разрушения может включать в себя также натяжное устройство, при помощи которого уплотнительный фланец натягивается перпендикулярно предусмотренной в двигателе плоскости зажима.

Если деталь запрограммированного разрушения выполнена в виде заслонки или один из ее участков представляет собой заслонку с кольцевидным гребневым фланцем вокруг канала аварийной продувки, имеющую плоскую обращенную к камере сгорания уплотнительную поверхность, то при помощи болтов на двигателе, проходящих через гребневый фланец, она может быть закреплена на заслонке головки цилиндра, причем между уплотнительной поверхностью на головке цилиндра и уплотнительной поверхностью на фланце заслонки может быть вложена дополнительная уплотняющая прокладка в случае, если это необходимо. Гребневый фланец заслонки может также служить и уплотнительным фланцем для натяжения пластины для запрограммированного разрушения перпендикулярно уплотнительной поверхности на двигателе, которая опять же может служить уплотнительным кольцом.

Если же деталь запрограммированного разрушения изготовлена в виде гильзы, закупоривающей канал аварийной продувки, или же отрезка гильзы в качестве альтернативы или дополнения к заслонке или отрезку заслонки, то на гильзу или отрезок гильзы с внешней стороны по всей поверхности, а на канал аварийной продувки по всей поверхности соответственно с внутренней стороны может быть нанесена резьба, для того чтобы закрепить деталь запрограммированного разрушения в канале аварийной продувки.

При этом внутренняя поверхность детали запрограммированного разрушения или ее передняя стенка, обращенная к камере сгорания, имеет такую форму, что передняя стенка детали запрограммированного разрушения и примыкающая к ней внутренняя поверхность внешней стенки камеры сгорания расположены на одном уровне, когда деталь запрограммированного разрушения находится непосредственно на своем месте. Это позволяет избежать расплавления или обгорания бортов головки цилиндра, окружающих канал аварийной продувки с внешней стороны наружной стенки, вследствие локального повышения температуры. Дальнейшим преимуществом в этом плане может быть, если головка цилиндра с внутренней стороны наружной стенки камеры сгорания вокруг канала аварийной продувки скошена или закруглена таким образом, чтобы деталь запрограммированного разрушения не приходилось бы вводить в канал аварийной продувки очень близко с внутренней стороне наружной стенки, но в то же время находилась на одном уровне с внутренней стороной наружной стенки камеры сгорания.

Особенно большим плюсом является то, если детали запрограммированного разрушения, установленные на место их использования, находятся на одном уровне с внутренней стороной наружной стенки передней части камеры сгорания, причем предусмотрены устройства, предназначенные, для того чтобы ввинтить деталь запрограммированного разрушения, выполненную в виде пробки, в строго предназначенную для нее позицию. Так, в других случаях цилиндрическая пробка может быть оснащена специальным носиком на передней стороне, для того чтобы, соединяясь на одном уровне с внутренней стороной наружной стенки камеры сгорания, герметично (например, если канал аварийной продувки скошен по отношению к внутренней поверхности наружной стенки камеры сгорания) устанавливать ее в строго определенное место. Для того чтобы избежать случаев, когда кончик подобного носика свободно вдается внутрь камеры сгорания и в этой неправильной позиции ввинчивания может расплавиться сам или же из-за отсутствия носика на своем месте могут расплавиться соответствующие области на внутренней стороне наружной стенки камеры сгорания, например, может быть предусмотрен специальный асимметричный шаблон отверстий для ввинчивания соответствующих болтов. Другой вариант - это очень точно выверенная внутренняя резьба с внутренней стороны канала аварийной продувки или длина отрезка наружной резьбы на отрезке гильзы детали запрограммированного разрушения, напоминающей пробку, на внутренней стороне которой есть ранее описанный носик для соединения с внутренней стороной наружной стенки камеры сгорания на одном уровне и маркирующие линии на удаленном от камеры сгорания конце детали запрограммированного разрушения или вокруг головки болта и на прилегающей области на наружной стороне наружной стенки камеры сгорания. Также существует возможность задать глубину ввинчивания детали запрограммированного разрушения при помощи того, что деталь запрограммированного разрушения снабжена фланцем наподобие головки болта, при помощи которого она крепится на соответствующую поверхность прилегания на головке цилиндра или вставленный уплотнитель, если образующий внутреннюю часть передней стенки детали запрограммированного разрушения носик прилегает к внутренней стороне наружной стенки камеры сгорания.

Особенно у такого рода выполненных в виде пробок деталей запрограммированного разрушения на поверхности детали запрограммированного разрушения, противоположной камере сгорания, может располагаться отверстие для специального профилированного инструмента для завинчивания пробки в строго отведенном для нее месте канала аварийной продувки и/или ее правильного удаления. При этом отверстие для специального инструмента может быть предусмотрено на участке детали запрограммированного разрушения, который ломается, если деталь установлена правильно, что гарантирует тот факт, что деталь запрограммированного разрушения может быть установлена только один раз. При этом деталь запрограммированного разрушения может быть изготовлена, например, таким образом, что после удаления инструмента из сломанного участка с предусмотренным для него отверстием остается клиновидная, обращенная наружу структура, обеспечивающая передачу скручивающего момента в направлении отверстия детали запрограммированного разрушения.

Ранее перечисленные признаки для обеспечения корректной позиции ввинчивания или установки, кроме того, могут быть использованы еще и для того, чтобы различать разные детали запрограммированного разрушения у различных конструктивно идентичных конструктивных рядов двигателей с разным механическим исполнением и/или условиями сгорания топлива при помощи приспособленного привинченного заранее средства блокировки, которое предотвращает или как минимум сообщает о том, что была ввинчена слишком длинная пробка.

В качестве альтернативы к варианту исполнения детали запрограммированного разрушения в виде пробки с передней частью, находящейся на одном уровне с наружной стенкой, может быть использована передняя поверхность, обращенная внутрь, находящаяся на разном уровне с внутренней стороной наружной стенки камеры сгорания, в позиции, когда она немного вдается в стенку. Благодаря окружающей ее наружной стенке деталь запрограммированного разрушения несколько защищена экраном от лучистого тепла, возникающего в камере сгорания вследствие процесса горения.

В данном случае преимуществом является, если деталь запрограммированного разрушения покрыта специальным слоем для теплозащиты и/или слоем защиты от коррозии, который защищает ее поверхность, обращенную к камере сгорания, от лучистого тепла, а также против процессов химического разложения коррозионно-активных отработанных газов в камере сгорания. Подобный слой может представлять собой кольцеобразное покрытие передней стенки гильзы, или это может быть расположенная внутри гильзы пластина запрограммированного разрушения из термоустойчивого сплава, причем сплавы из никеля наиболее устойчивы против процессов химического разложения, протекающих вследствие процессов сгорания в двигателе. Нанесение керамического изолирующего слоя также возможно. Также возможно выполнение детали запрограммированного разрушения из теплостойкого материала, обладающего необходимыми для детали запрограммированного разрушения качествами, например, из керамики, в особенности, если эта деталь в качестве уплотнителя защищает экраном наружную часть двигателя от жара в камере сгорания.

Еще один вариант - это положить между камерой сгорания и деталью запрограммированного разрушения материал для теплозащиты в качестве защищающего от тепла слоя, пропускающего давление. Этот материал будет располагаться в канале аварийной продувки со стороны выхода из камеры сгорания, и канал аварийной продувки может быть полностью заполнен этим материалом, при условии что это не помешает выполнению основной функции детали запрограммированного разрушения - ломаться при повышении давления. Подобный материал для теплозащиты или слой для теплозащиты может быть приклеен либо по-другому соединен с деталью запрограммированного разрушения либо выполнен в виде отдельной детали. Так, например, материал для теплозащиты может представлять собой твердое пористое вещество, например металлическую пену, изолирующее место запрограммированного разрушения от лучистого тепла в камере сгорания, или плетеную металлическую сетку или металлическую шерсть, абсорбирующую исходящее из камеры сгорания тепло и передающую его окружающей канал аварийной продувки наружной стенке камеры сгорания. В качестве материала для теплозащиты может также использоваться керамика или комбинация металла и керамики. Если деталь запрограммированного разрушения ломается или трескается, такой материал для теплозащиты обычно выбрасывают из канала аварийной продувки вместе с остатками детали запрограммированного разрушения.

Кроме того, может быть также предусмотрено активное охлаждение детали или места запрограммированного разрушения при помощи подведения туда охлаждающего вещества. Для этого может служить промывное устройство для промывки места запрограммированного разрушения с противоположной стороны от камеры сгорания или отрезок диска для запрограммированного разрушения с охлаждающим веществом, в особенности с охлаждающей водой или газом.

Активная система охлаждения в особенности при использовании неядовитого газа как, например, подводимого к цилиндру нагнетаемого воздуха может быть выполнена как открытая система и иметь соответствующую подводящую охладитель линию плюс насос и устройство для промывки.

В качестве охлаждающего вещества может быть также использован выходящий из цилиндра отработанный газ. В качестве охлаждающего вещества может также использоваться охлаждающая вода. В обоих случаях система охлаждения может быть выполнена как закрытая система, причем наряду с линией, подводящей охлаждающее вещество, предусмотрена также линия, отводящая охлаждающее вещество, ведущая к баку для воды, расположенная в безопасном месте рядом или в определенном месте самого газоотвода (например, недалеко от впуска компрессора). Дополнительный насос в данном случае может быть предусмотрен как отсасывающий насос на стороне отвода.

При этом в собранном состоянии на пластине запрограммированного разрушения на противоположной стороне от камеры сгорания в канале аварийной продувки предусмотрена дополнительная заглушка, которая вместе с пластиной запрограммированного разрушения отграничивает герметичную охладительную камеру напротив стенки канала аварийной продувки перпендикулярно выходу охладителя. Для того чтобы при этом обеспечить сохранность функции детали запрограммированного разрушения, разрушительное давление в дополнительной заглушке по сравнению с разрушительным давлением детали запрограммированного разрушения должно быть значительно ниже и составлять несколько бар. Преимуществом в данном случае является то, что дополнительно предусмотрено также наличие дроссельного устройства, при помощи которого возможно было бы дросселировать подачу охладителя в ответ на разрушение места запрограммированного разрушения или достижение определенного давления в камере сгорания (например, порогового давления) таким образом, чтобы после этого подача охладителя ограничивалась на определенном уровне, который был бы безопасен для деталей камеры сгорания, доступных через канал аварийной продувки. Особенно это касается случаев, когда в качестве охладителя применяется жидкость,

Еще одна возможность защитить деталь запрограммированного разрушения экраном от лучистого тепла в камере сгорания состоит в том, чтобы изогнуть канал аварийной продувки со стороны камеры сгорания, чтобы установить деталь запрограммированного разрушения за этим изгибом. Кроме того можно сделать диаметр канала аварийной продувки на отрезке между внутренней поверхностью наружной стенки камеры сгорания и обращенной к камере сгорания передней частью детали запрограммированного разрушения немного меньше диаметра в свету расположенного дальше закупоренного участка детали запрограммированного разрушения.

Кроме того, также возможно изготовить всю деталь запрограммированного разрушения целиком из теплостойкого материала таким образом, чтобы не было никаких сбоев на уровне ниже желаемого разрушительного давления, даже в тех случаях когда теплостойкий материал или теплостойкое покрытие детали запрограммированного разрушения не предусмотрены. В остальном этот материал должен обладать желаемыми характеристиками, например необходимое разрушительное давление с очень незначительным допуском отклонений, и при этом иметь максимально низкую себестоимость.

При этом следует также учитывать, что в соответствующих классу двигателях, в особенности двухтактных крейцкопфных дизельных двигателях большой мощности с прямоточной продувкой при температуре в момент воспламенения до 2000°C, которая после разгона двигателя приводит к нагреванию материала в наружной стенке цилиндра только 70°-80°C, эта температура поддерживается на этом низком температурном уровне благодаря работе системы охлаждения. В случае если использовались деталь или место запрограммированного разрушения, не имеющие дополнительных средств защиты от лучистого тепла в камере сгорания, в опытном образце двигателя элемент, деталь или пластина запрограммированного разрушения в виде крышки нагревались до 450°С с низкой температуры перед разгоном двигателя и длительной температурной нагрузкой в течение цикла сгорания. Если теплопроводность передается стенке, то деталь/место запрограммированного разрушения нагреваются до 70°-80°C. Возможна также модель исполнения детали запрограммированного разрушения с системой принудительного охлаждения.

Для того чтобы избежать ненужного простоя или замены детали запрограммированного разрушения, в каждом отдельном случае должны быть приняты соответствующие меры, чтобы обеспечить необходимое давление для разрушения места запрограммированного разрушения при любой температуре и в любое момент цикла сгорания в двигателе или в нормальных условиях эксплуатации двигателя, а именно с момента перед разгоном двигателя и до достижения двигателем рабочей температуры, было больше порогового давления и ниже разрушительного давления, причем пороговое давление выше максимально допустимого при нормальных условиях эксплуатации двигателя давления в камере сгорания при соответствующей температуре, а разрушительное давление ниже самого низкого избыточного давления при данной температуре, начиная с которого деталям двигателя наносятся повреждения.

Предпочтительно, если участок двигателя с деталью или местом запрограммированного разрушения будет выполнен таким образом, чтобы обеспечивать дополнительную безопасность так, чтобы пороговое давление как минимум при величине пускового давления было выше максимально допустимого давления в камере сгорания при нормальных условиях эксплуатации двигателя и/или разрушающее давление на величину безопасного давления ниже самого низкого избыточного давления, при котором возникают повреждения двигателя.

Например, как пусковое давление может быть задана величина, составляющая 10% от максимального давления в камере сгорания при нормальных условиях эксплуатации двигателя. Так как давление, при котором цилиндрические болты, при помощи которых крепятся гильза и головка цилиндра, удлиняются так, что головка цилиндра поднимается, сильно зависит от температуры болта, а та в свою очередь от динамической температуры стенки, которую поэтому не всегда можно точно определить, значение самого низкого избыточного давления должно быть определено очень точно. Например, в качестве разрушительного давления (оно соответствует самому низкому избыточному давлению за вычетом величины безопасного давления) может быть задана величина, составляющая 20% от максимально возможного давления в камере сгорания. Разумеется, ни самое низкое избыточное давление, ни максимальное давление в камере сгорания не должны точно соответствовать значениям давления, при которых двигатель еще работает нормально или взрывается. В большей степени здесь можно говорить о гипотетических величинах, до тех пор пока точно установлено, что принятые величины являются надежными или экспериментально установленными максимальным давлением внутри камеры сгорания и зависящим от него, расцениваемым как безопасное самым низким избыточным давлением.

При проведении экспериментов на рабочем двухтактном крейцкопфном дизельном двигателе большой мощности типа, соответствующего классу, нормальное давление в камере сгорания составляет порядка 160-200 бар, при этом при провоцируемых ошибках при управлении впрыском и как следствие неправильных условиях зажигания давление внутри цилиндра может достигать 600 бар, что часто приводит к поднятию головки цилиндра, описанному ранее, которое вызывает удлинение цилиндрических болтов. При таких условиях допустимое отклонение от нормы для нижнего порогового давления составляет 220 бар, а для верхнего разрушительного давления - 250 бар.

Другое положительное усовершенствование изобретения касается надежного места вставки, через которое, после того как место запрограммированного разрушения ломается, выходят горячие газы и осколки.

При этом за счет необходимого большого объема как минимум для дизельных двигателей большой мощности теоретически возможно предусмотреть сборный бак для необходимого газа в качестве детали, встроенной в деталь запрограммированного разрушения, который присоединяется к месту запрограммированного разрушения с противоположной стороны от камеры сгорания, таким образом, чтобы при разрушении детали запрограммированного разрушения канал аварийной продувки вел непосредственно в сборный бак для необходимого газа. Для этого может быть приспособлен указатель направления потока газов (для того чтобы задать им безопасное направление) и/или фильтр-ловушка для осколков с места запрограммированного разрушения, в идеале они должны составлять одно целое с деталью запрограммированного разрушения. Подобные указатель направления или фильтр-ловушка в дальнейшем должны быть заменены либо с остатками детали запрограммированного разрушения, либо у них должно быть другое место запрограммированного разрушения, если после поломки места запрограммированного разрушения должен следовать его ремонт. При этом фильтр-ловушка может иметь несколько сквозных проходов для выходящего горячего газа, эти проходы задают направление, в котором горячие газы безопасны, при этом осколки задерживаются при помощи сетки или решетки.

Альтернативой этому может служить общий сборный бак для необходимого газа для нескольких деталей запрограммированного разрушения или он может быть соединен с несколькими деталями запрограммированного разрушения и обладает изолированным объемом. Например, для рядного двигателя, в котором несколько цилиндров один за другим объединены в ряд, предусмотрен сборный бак для необходимого газа, при этом у каждого цилиндра есть своя деталь запрограммированного разрушения, которая в свою очередь присоединена к общему сборному баку для необходимого газа таким образом, что при разрушении места запрограммированного разрушения канал аварийной продувки соединяется с общим сборным баком для необходимого газа объемом для дизельного двигателя большой мощности, например 8 м³.

В соответствии с альтернативным усовершенствованием в качестве места вставки может использоваться деталь, которая уже используется в двигателе, присоединенная при помощи соединительной линии с обратной стороны от места запрограммированного разрушения к каналу аварийной продувки. В идеале этой деталью может быть соединенный с несколькими камерами сгорания или цилиндрами сборный бак для отработанных газов. В данном случае горячие газы едва ли нанесут ущерб двигателю, а осколки попадут в бак. Предпочтительно, когда на детали запрограммированного разрушения предусмотрены на ободе головки цилиндра, обращенном к баку для сбора отработанных газов, для того чтобы соединительная линия была короткой. В качестве соединительной линии может выступать проложенный вне головки цилиндра шланговый провод, присоединенный при помощи шланговых хомутов к патрубкам у детали запрограммированного разрушения и сборного бака для отработанных газов. Возможен также случай, когда соединительную линию как минимум частично прокладывают внутри головки или блока цилиндра как минимум для тех случаев, когда в качестве места вставки выбран большой, интегрированный в головку цилиндра участок, например выпускной канал, по направлению потока выпускного вентиля, который у крейцкопфных двигателей с прямоточной продувкой является единственным и располагается на верхней стороне головки цилиндра или на ее крышке.

Еще одно положительное усовершенствование касается маркировки детали запрограммированного разрушения, которая содержит допускаемое давление запрограммированного разрушения и/или срок ее эксплуатации и т.д. Кроме того, может быть указано, для какой серии двигателей предназначена данная деталь запрограммированного разрушения, равно как режимные параметры и параметры безопасности, например допустимый диапазон температур и т.д. Это позволяет точно удостовериться в том, что деталь запрограммированного разрушения используется только в тех двигателях, для которых предназначена, а также заменяется по истечении установленного периода эксплуатации. Благодаря этому двигатели, оснащенные деталью запрограммированного разрушения, могут быть разделены на определенные классы риска, например, крупными компаниями, занимающимися страхованием судов, которым, как это было описано ранее, предписывалось часто оснащать бесполезными предохранительными клапанами. Если в дальнейшем каждой детали будет присвоен уникальный индивидуальный номер, можно будет проследить историю каждой отдельной детали запрограммированного разрушения.

Особым преимуществом в данном случае выступает, если маркировку видно снаружи, чтобы можно было следить за деталью запрограммированного разрушения в собранном состоянии. В случае если на детали запрограммированного разрушения недостаточно места, чтобы гравировки, травления, печати или подобного, можно снабдить деталь запрограммированного разрушения электронным носителем информации и хранить маркировку на этом электронном носителе. Кроме того, электронный носитель информации может иметь также электронное табло наподобие RFID-чипа, чтобы снаружи возможно было считывать с него информацию. Резервное маркирование на электронном носителе информации или установка эксплуатационных параметров двигателя и соответственно хранение истории эксплуатации на электронном носителе информации также возможны, например продолжительность эксплуатации с момента последнего осмотра и т.д., при этом маркировка или информация на электронном носителе должны быть защищены от манипуляций при помощи подходящего способа кодирования. В дальнейшем на электронном носителе могут накапливаться параметры или программа для вычисления срока эксплуатации детали запрограммированного разрушения, которые в свою очередь будет считывать программа управления дизельным двигателем. При этом следует позаботиться о том, чтобы электронный носитель информации был защищен от воздействия высокой температуры и находился на относительно прохладном или теплоизолированном участке детали запрограммированного разрушения.

Возможно также снабдить деталь запрограммированного разрушения дополнительными измерительными устройствами или устройствами для управления, например для контроля за температурой электронного накопителя или для того, чтобы следить за давлением сгорания, чтобы еще до разрушения детали запрограммированного разрушения распознать процессы, которые могут привести к ошибочному повышению давления в камере сгорания. Кроме того, возможно присоединить электронный носитель информации к специально приспособленному прибору для считывания и дополнительному измерительному устройству или же организовать управление двигателем таким образом, чтобы это стало возможно. При этом устройство для управления двигателем может использоваться для подачи аварийного или предупреждающего сигнала или даже остановки управления двигателем.

В дальнейшем возможно при помощи устройства для управления двигателем оценивать полученные или собранные данные относительно значений давления и температуры или подобное в камере сгорания в период эксплуатации или полученные при помощи предусмотренного на детали запрограммированного разрушения устройства величины за весь период эксплуатации, например количество скачков давления выше уровня, принятого за безопасный и т.д.

Предпочтительно, если для изготовления детали запрограммированного разрушения или как минимум участка с местом запрограммированного разрушения будут использоваться композиционные материалы, состоящие из компонентов из различных материалов. Комбинированный профиль распределения концентрации чистых компонентов и/или других компонентов с комбинацией низкой отдельной концентрации чистых металлов или других чистых веществ может в дальнейшем использоваться, для того чтобы идентифицировать материал для детали/места запрограммированного разрушения. Из соображений безопасности деталь запрограммированного разрушения из материала с другим комбинированным профилем концентрации может быть отбракована как «неподходящая», поскольку материал, из которого она сделана, может не отвечать требуемым параметрам в отношении температуры и давления или иметь неподходящий срок службы.

Дальнейшие мероприятия являются предметом подпунктов патентной формулы. Признаки, описанные ранее, равно как и признаки, описываемые далее, могут быть скомбинированы в рамках данного изобретения в случаях, если это целесообразно.

В дальнейшем подробнее посредством чертежей будут рассмотрены отдельные варианты исполнения настоящего изобретения, а именно:

Фиг.1 - вид по сечению головки цилиндра дизельного двигателя большой мощности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - соответствующий фиг.1 вид в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - соответствующий предыдущим фигурам вид другого варианта исполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 - вид головки цилиндра в перспективе в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения;

Фиг.5 - детальный вид детали запрограммированного разрушения, применяемой в вариантах осуществления изобретения в с соответствии с фиг.1 и 2;

Фиг.6 - деталь запрограммированного разрушения в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения;

Фиг.7 - график, на котором показана зависимость давления от температуры в камере сгорания.

Список условных обозначений:

1 - камера сгорания;

2; 102; 302; 402 - головка цилиндра;

3; 103 - наружная стенка камеры сгорания;

4 - выступающий в качестве зоны захватывания выпускной канал;

104 - выпускной канал;

5 - сборный бак для отработанных газов;

105 - выступающий в качестве зоны захватывания сборный бак для отработанных газов;

6 - канал аварийной продувки;

7; 107; 407 - деталь запрограммированного разрушения;

8; 108 - линия, в которую поступает необходимый газ;

308 - выступающий в качестве зоны захватывания сборный бак для необходимых газов;

408 - фильтр-ловушка;

9 - выпускной клапан;

10 - участок гильзы;

11 - участок пластины запрограммированного разрушения;

12 - место запрограммированного разрушения;

13; 113 - краевой фланец;

14 - крепежный винт;

15; 115 - уплотнительная поверхность (уплотнитель);

16; 116 - площадь контакта (соприкосновения);

17 - наружная резьба;

18 - внутренняя резьба;

19 - пористое вещество;

20 - теплостойкое покрытие;

21 - крепежный фланец;

22 - маркировка;

ps - давление запрограммированного разрушения;

pu - пороговое давление:

pu - давление срабатывания;

pn - нормальное давление в камере сгорания;

po - разрушительное давление;

po - интервал безопасного давления;

py - избыточное давление:

T0-T1 - диапазон допустимых температур.

В первую очередь будет рассмотрена фиг.1. Изображенный на ней вид по сечению головки цилиндра показывает часть камеры сгорания 1 дизельного двигателя, ограниченной обозначенной цифрой 2 головкой цилиндра или ее наружной стенкой 3 и центральным выпускным клапаном 9. Позади или вниз по направлению потока к выпускному клапану присоединяется выпускной канал 4, через который обычно отработанные газы подводятся к сборному баку для отработанных газов 5, к которому у дизельных двигателей большой мощности вида, соответствующего классу, в один ряд (не показано) присоединяется цилиндр. Из камеры сгорания 1 ведет канал аварийной продувки 6, закрытый у стенки головки цилиндра 3 или наружной стенки камеры сгорания 3 накладной деталью запрограммированного разрушения 7. Канал аварийной продувки 6 соединен с выпускным каналом 4 при помощи присоединенной с обратной стороны соединительной линии 8. В случае если в детали запрограммированного разрушения 7 достигается давление, при котором она разрушается, что приводит к разрушению места запрограммированного разрушения 12, выполненного здесь в качестве отдельной детали запрограммированного разрушения 7, как будет более подробно показано на фиг.5, выходящие из камеры сгорания 1 горячие газы и обломки отводятся при помощи соединительной линии 8 по направлению потока выпускного клапана 9 в выпускной канал 4.

Фиг.2 схематично показывает альтернативную форму исполнения головки цилиндра 102, которая отличается от представленного на фиг.1 варианта изобретения тем, что здесь предусмотрена соединительная линия 108, которая соединяет деталь 107 и место запрограммированного разрушения с сборным баком для отработанных газов 105, а не с выпускным каналом 104 (фиг.1)

Фиг.3 также схематично показывает альтернативный вариант осуществления обозначенной 302 головки цилиндра, который отличается от вариантов осуществления обоих ранее названных фигур тем, что канал аварийной продувки 7 напрямую связан с отдельным сборным баком для отработанных газов 308, присоединенным ко всем расположенным в один ряд цилиндрам двигателя у деталей запрограммированного разрушения 7, в случае разрушения места запрограммированного разрушения в него устремляются горячие газы и осколки. При этом сборный бак для необходимого газа 308 несмотря на свой небольшой диаметр из-за его большой длины способен принять требуемое количество необходимого газа.

В показанном на фиг.4 вариант осуществления головки цилиндра 402, напротив, предусмотрена деталь запрограммированного разрушения 407, составляющая одну единицу конструкции с отдельным фильтром-ловушкой 408 в качестве собственной зоны захватывания 408 для образовавшихся осколков. Также когда после разрушения места запрограммированного разрушения сюда устремляются горячие газы, это позволяет как минимум задержать осколки и направить газы по направлению, где причиняемый ими ущерб будет минимальным.

Эта общая единица конструкции 407 заменяется полностью и не соединяется с другими цилиндрами. Деталь запрограммированного разрушения 407 легко узнать благодаря ее доступности, потому что она расположена под углом 90° к выпускному каналу. Выпускной канал является деталью ранее уже упоминавшийся специальной единицы конструкции, включающей в себя выпускной клапан, его приводной механизм и седло под головку клапана, которую очень просто заменить. Деталь запрограммированного разрушения 407 имеет также одновременно использующийся в качестве уплотнителя диск запрограммированного разрушения 411, закрепленный при помощи крепежных винтов 14, проходящих через крепежный фланец 21 перпендикулярно уплотнительной поверхности, которая не будет подробно рассматриваться, на головке цилиндра.

Фиг.5 показывает детальный вид установленной на головки цилиндров фиг.1 и 2 детали запрограммированного разрушения. При этом в деталь запрограммированного разрушения 7 входит выполненный в качестве единого целого с участком пластины запрограммированного разрушения 11 кольцевой или краевой фланец 13, установленный в качестве крышки на канал аварийной продувки 6 и закрепленный в этом положении при помощи проходящего сквозь или обходящего краевой фланец 13 крепежного винта, который мы не будем рассматривать подробно. При этом на краевом фланце 15 имеется обработанная уплотнительная поверхность 15, обращенная к очень хорошо обработанной уплотнительной поверхности 16, окружающей канал аварийной продувки 6, участку наружной части наружной стенки камеры сгорания как минимум для тех случаев, когда нет проложенного между ними уплотнителя. Разумеется, конструкция, подобная ранее описанной, может быть встроена в наружную стенку камеры сгорания еще глубже, для того чтобы быть ближе к камере сгорания и вместе с тем сократить вредный объем, который заполняет камеру сгорания до канала аварийной продувки. В дальнейшем часть пластин запрограммированного разрушения может занять позицию в соответствии с окружающей конструкцией, которая в собранном состоянии располагалась бы, например, ближе к камере сгорания.

Альтернативный вариант осуществления детали запрограммированного разрушения 107 можно увидеть на схематичном изображении фиг.6. В данном случае деталь запрограммированного разрушения выполнена как одно целое с участком гильзы 10, несущим участок пластины запрограммированного разрушения 111, и участком крышки 113 и закупоривает канал аварийной продувки в наружной стенке 103 камеры сгорания 1 дизельного двигателя. Своей внутренней стороной она смыкается с кольцеобразной передней поверхностью участка гильзы 10 и находится на одном уровне с внутренней поверхностью наружной стенки 103, в лучшем случае на нее нанесен слой теплостойкого и антикоррозийного покрытия 20, в случае если материал, из которого изготовлена гильза, является недостаточно теплостойким и защищенным от коррозии. Дополнительно на участке внутреннего пространства, ограниченном участком гильзы 10 и участком пластины запрограммированного разрушения 111, может быть предусмотрен дополнительный теплостойкий материал 19, представляющий собой проницаемый для давления теплоизоляционный материал. На наружной стороне головки цилиндра располагается деталь запрограммированного разрушения 107 с уплотнительной поверхностью 115 на краевом фланце 113, которая соприкасается с уплотнительной поверхностью 116 на головке цилиндра. При этом канал аварийной продувки 116 в нормальном направлении ведет к кольцеобразной площади контакта 116, для того чтобы можно было использовать вращательно-симметрично надстроенную и, как следствие, недорогую в изготовлении деталь запрограммированного разрушения. При подобном варианте осуществления изобретения можно сделать так, чтобы деталь запрограммированного разрушения находилась на одном уровне с внутренней поверхностью наружной стенки камеры сгорания. Можно также изготовить деталь запрограммированного разрушения таким образом, что ее можно будет монтировать изнутри. Место запрограммированного разрушения при этом все же останется встроенным элементом наружной стенки камеры сгорания. Если на участок гильзы нанесена резьба, для того чтобы ввинтить деталь запрограммированного разрушения в канал аварийной продувки, фланец, обозначаемый 113, становится ненужным, так как прилегающая поверхность для создания изоляции со стороны стенки камеры сгорания может быть предусмотрена на плоском или коническом плече, которое разделяет наружную резьбу на отрезке гильзы от носика с меньшим диаметром, обращенного к камере сгорания. Подобное винтовое соединение благодаря дополнительной продувке внешней резьбы в наружной стенке камеры сгорания может облегчить извлечение или установку несломанной детали запрограммированного разрушения, что тяжело сделать из-за эффекта нагнетания колбы, которая продолжает двигаться, потому что работают остальные цилиндры.

Фиг.7 в качестве примера показывает колебания давления в диапазоне температур T0-T1, отражающем нормальную температуру в камере сгорания, от Т0 при неработающем двигателе до T1, когда двигатель проработал долгое время. При этом показанные процессы приведены в качестве примера как пояснение того, что при различной температуре высокое избыточное давление py, при котором двигателю наносятся повреждения (поднятие головки цилиндра и/или деформация внутренних деталей двигателя), также различно, равно как и давление, необходимое для разрушения места запрограммированного разрушения pc, так же как и максимально допустимое нормальное давление pn в камере сгорания. Исходя из этого для места необходимого разрушения должны быть очень точно установлены колебания допустимых значений (пороговое давление pu и разрушительное давление po). Для места запрограммированного разрушения также должен быть обеспечен уровень необходимой безопасности (интервал безопасности po) между принимаемым за минимальное разрушительным давлением (py) и максимально допустимым нормальным давлением (pn).

В рамках настоящего изобретения допустимы отклонения и модификации представленных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Особенно следует отметить, что в качестве канала аварийной продувки можно использовать встроенный канал уже имеющегося в двигателе предохранительного клапана, а деталь запрограммированного разрушения подогнать по форме к встроенному каналу.

Настоящее изобретение также обладает признаками дополнительных пунктов формулы изобретения, которые в соответствии с полезными усовершенствованиями могут комбинироваться с любыми признаками дополнительных пунктов формулы изобретения, а также следующих пунктов.

Пункт 1: Деталь запрограммированного разрушения включает также одноразовое устройство для установки, которое выполнено таким образом, что при достижении необходимых параметров при правильном монтаже оно ломается, для того чтобы избежать ее повторного монтажа, причем предпочтительно, чтобы момент затяжки был заданным параметром для установки.

Пункт 2: В деталь запрограммированного разрушения входит устройство, которое после разрушения детали запрограммированного разрушения обеспечивает его надежный демонтаж.

Пункт 3: На детали запрограммированного разрушения есть резьба, противоположная резьбе канала аварийной продувки, например левая резьба, для того чтобы после разрушения места запрограммированного разрушения подготовить устройство для демонтажа детали запрограммированного разрушения.

Настоящее изобретение охватывает также головки цилиндров, втулки цилиндров и колбы, если для них предусмотрены соответствующие настоящему изобретению места запрограммированного разрушения.