專利名稱：具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，涉及一種具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)。
技術(shù)背景 隨著柴油機(jī)排放對(duì)大氣環(huán)境的污染日益加劇，世界各國(guó)政府都先后制訂了越來(lái)越 嚴(yán)格的排放法規(guī)，禁止高排放柴油機(jī)產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)和銷售。目前，我國(guó)生產(chǎn)的柴油機(jī)多采 用機(jī)械供油系統(tǒng)，供油壓力較低，噴油量由機(jī)械設(shè)定，主要考慮兩點(diǎn)穩(wěn)態(tài)工況，無(wú)法兼顧瞬 態(tài)工況，容易出現(xiàn)急加速冒煙等不良現(xiàn)象，而且不能自動(dòng)調(diào)節(jié)各缸噴油量平衡特性，供油提 前角只能隨轉(zhuǎn)速線性單調(diào)變化，不能實(shí)現(xiàn)每一工況下可燃混合氣的良好燃燒，排放指標(biāo)無(wú) 法滿足非道路歐IIIA及更高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。 為了保證具有較低的廢氣排放物指標(biāo)，近年來(lái)普遍采用高壓共軌、單體泵電控高 壓供油系統(tǒng)來(lái)滿足歐III以上排放標(biāo)準(zhǔn)，但高壓共軌系統(tǒng)工藝水平要求較高，關(guān)鍵技術(shù)及 零部件均需國(guó)外引進(jìn)，成本高，而且對(duì)機(jī)型的改動(dòng)也較大，難以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有產(chǎn)品的兼容。 四缸柴油機(jī)的二級(jí)往復(fù)慣性力為單缸機(jī)的4倍，其方向是在氣缸中心線上，此二
級(jí)往復(fù)慣性力會(huì)引起配套整機(jī)的上下振動(dòng)，造成操作者的不舒適感。采用平衡裝置可消除 或減弱二級(jí)往復(fù)慣性力的影響。其基本原理是用一對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反并帶有不平衡質(zhì)量的 軸，在氣缸中心線方向產(chǎn)生一個(gè)與二級(jí)往復(fù)慣性力大小相等、方向相反的力。根據(jù)此原理， 可采用多種方式實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有四缸機(jī)大多數(shù)是在曲軸的某一曲柄臂上增加一個(gè)大齒圈， 以此作為主動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下掛于機(jī)體或主軸承座的平衡軸，但該設(shè)計(jì)或多或少地破壞了曲軸自 身的平衡性，增加軸瓦的負(fù)荷及軸頸的內(nèi)應(yīng)力。另外，由于平衡軸位置較低，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中 會(huì)將油底殼內(nèi)的機(jī)油攪動(dòng)，造成驅(qū)動(dòng)損失增加，機(jī)油溫度升高，影響柴油機(jī)的功率及工作可 靠性
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有降低二級(jí)往復(fù)慣性力的雙軸平衡裝置、高壓 噴射的組合式電控單體泵供油系統(tǒng)、能夠滿足非道路歐IIIA排放標(biāo)準(zhǔn)并具有達(dá)到歐IIIB 標(biāo)準(zhǔn)潛力的四缸電控增壓中冷柴油機(jī)，在降低環(huán)境污染的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)配套整機(jī)操作的舒適 性。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，包括氣 缸體、氣缸蓋、曲軸飛輪總成、活塞連桿機(jī)構(gòu)、配氣系統(tǒng)、組合式電控單體泵供油系統(tǒng)、平衡 軸、濾清裝置、冷卻風(fēng)扇、增壓器。氣缸蓋安裝在氣缸體上方，活塞連桿機(jī)構(gòu)、曲軸飛輪總成 安裝在氣缸體內(nèi)部，冷卻風(fēng)扇安裝在氣缸體前端，濾清裝置外掛在氣缸體的側(cè)面，平衡軸布 置在氣缸體內(nèi)部裙部下方。組合式電控單體泵供油系統(tǒng)的電控組合單體泵安裝在齒輪室 上，增壓器安裝在排氣管上。 組合式電控單體泵供油系統(tǒng)包括曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、燃油溫度傳感器、進(jìn)氣溫度壓力傳感器、線束部件、電控單元、電控組合單體泵、 電子踏板、高壓油管和噴油器，噴油泵輪轂安裝在電控組合單體泵驅(qū)動(dòng)凸輪軸的前端，并通 過(guò)軸前端的大螺母壓緊，四個(gè)MIO的螺栓將噴油泵齒輪與噴油泵輪轂連為一體，電控組合 單體泵前端的法蘭裝在齒輪室后端面上，發(fā)動(dòng)機(jī)處于一缸壓縮上止點(diǎn)位置，噴油泵齒輪與 惰齒輪按記號(hào)嚙合，惰齒輪與曲軸齒輪嚙合。 電控組合單體泵在整機(jī)上的安裝位置從冷卻風(fēng)扇端看，位于整機(jī)的右側(cè)，噴油泵 凸輪軸中心線相對(duì)曲軸中心的坐標(biāo)位置分別為水平方向C = 196±3mm，垂直方向D = 173士3mm，安裝角y = 15±5° 。 噴油器水平安裝角度a = 15±1° ，垂直安裝角度13 =7±1° ，氣缸蓋底面上噴 油器安裝孔中心相對(duì)氣缸中心線的坐標(biāo)位置分別為水平方向e二 1.8±0. 3mm，垂直方向f =6. 7±0. 3mm。 平衡軸在氣缸體l內(nèi)部裙部下方，左右各一，高度相同，水平對(duì)稱于氣缸中心線。 右平衡軸齒輪與平衡軸惰齒輪嚙合，平衡軸惰齒輪與凸輪軸齒輪嚙合，左平衡軸齒輪與機(jī) 油泵傳動(dòng)齒輪嚙合，從主油道引出潤(rùn)滑油進(jìn)入平衡軸，平衡軸中空作油道。兩平衡軸中心 線相對(duì)曲軸中心的坐標(biāo)位置分別為水平方向G = 150士2mm，H = 153士2mm，垂直方向J = 40±2mm。 本實(shí)用新型可達(dá)到如下積極效果在四缸增壓中冷柴油機(jī)上采用組合式電控單體 泵供油系統(tǒng)，可以精確控制噴油時(shí)刻和供油量，并提供更高的噴油壓力，從而降低廢氣排放 物，使整機(jī)排放水平達(dá)到非道路歐IIIA排放標(biāo)準(zhǔn)，并且為達(dá)到歐IIIB排放標(biāo)準(zhǔn)提供了基 礎(chǔ)。電控組合單體泵能和現(xiàn)生產(chǎn)采用的機(jī)械泵互換，涉及的變動(dòng)較少，容易在較短時(shí)間內(nèi)實(shí) 現(xiàn)。內(nèi)置于機(jī)體內(nèi)部的平衡軸系統(tǒng)，在降低振動(dòng)、提高駕駛舒適性的同時(shí)，不影響曲軸自身 的平衡性，不會(huì)對(duì)油底殼內(nèi)的機(jī)油產(chǎn)生擾動(dòng)。以上方案的實(shí)施，可以使四缸柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)低排 放、高操作舒適性。

圖1為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)結(jié)構(gòu)示 意圖。 圖2為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)左視局 部剖視圖。 圖3為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)組合式 電控單體泵供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)電控組 合單體泵安裝示意圖。 圖5為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)噴油器 在氣缸蓋上的安裝示意圖。 圖6為本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控增壓中冷柴油機(jī)噴油器 在氣缸蓋上的安裝位置的AA-AA剖視圖。 圖7為圖6的仰視圖。
具體實(shí)施方式
如圖1 圖4所示，本實(shí)用新型主要結(jié)構(gòu)包括氣缸體1、氣缸蓋3、曲軸飛輪總成5、 活塞連桿機(jī)構(gòu)7、配氣系統(tǒng)14、組合式電控單體泵供油系統(tǒng)17、平衡軸6、濾清裝置4、冷卻風(fēng) 扇2、增壓器16，缸心距127mm，整體式氣缸蓋。 氣缸蓋3安裝在氣缸體1上方，活塞連桿機(jī)構(gòu)7、曲軸飛輪總成5安裝在氣缸體1 內(nèi)部，冷卻風(fēng)扇2安裝在氣缸體1前端，濾清裝置外掛在氣缸體1的側(cè)面，平衡軸6布置在 氣缸體l內(nèi)部裙部下方，左右各一，高度相同，水平對(duì)稱于氣缸中心線。安裝時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)處 于一缸壓縮上止點(diǎn)位置，保持平衡軸的偏心質(zhì)量質(zhì)心位于豎置向下的方向。增壓器16通過(guò) 排氣管15與氣缸蓋3相連。 考慮到產(chǎn)品要達(dá)到非道路歐IIIA排放標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的供油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)都進(jìn)行了 優(yōu)化設(shè)計(jì)和匹配。 供油系統(tǒng)采用組合式電控單體泵供油系統(tǒng)17，包括曲軸轉(zhuǎn)速傳感器20、噴油泵凸 輪軸轉(zhuǎn)速傳感器28、水溫傳感器21、燃油溫度傳感器27、進(jìn)氣溫度壓力傳感器25、線束部件 29、電控單元30、電控組合單體泵31、電子踏板22、高壓油管24和噴油器23，噴油泵輪轂35 安裝在單體泵驅(qū)動(dòng)凸輪軸34的前端，并通過(guò)軸前端的大螺母33壓緊，四個(gè)MIO的螺栓32將 噴油泵齒輪36與噴油泵輪轂35連為一體，電控組合單體泵31前端的法蘭裝在齒輪室13后 端面上，發(fā)動(dòng)機(jī)處于一缸壓縮上止點(diǎn)位置，噴油泵齒輪36與惰齒輪11按記號(hào)嚙合，由曲軸 齒輪8驅(qū)動(dòng)惰齒輪ll，惰齒輪11驅(qū)動(dòng)噴油泵齒輪36。電控組合單體泵31在整機(jī)上的安裝 可與機(jī)械泵互換。單體泵供油始點(diǎn)與一缸壓縮上止點(diǎn)的相位關(guān)系由正時(shí)銷控制。考慮高的 供油壓力會(huì)使油泵驅(qū)動(dòng)凸輪軸承受更大的彎矩，在泵體后部增加油泵托架進(jìn)行輔助支撐。 噴油器采用P系列、多孔、小孔徑、低慣量噴油器，其水平安裝角度a = 15±1° ， 垂直安裝角度P =7±1° ，氣缸蓋3底面上噴油器安裝孔中心相對(duì)氣缸中心線的坐標(biāo)位置 分別為水平方向E = 1. 8±0. 3mm，垂直方向F = 6. 7±0. 3mm。 啟動(dòng)時(shí)，由蓄電池向啟動(dòng)電機(jī)供電，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)柴油機(jī)的曲軸飛輪總成旋轉(zhuǎn)，并 通過(guò)與曲軸相連的連桿推動(dòng)活塞在氣缸體內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮缸內(nèi)混合氣體。同時(shí)通過(guò) 各齒輪的相互嚙合運(yùn)動(dòng)，協(xié)調(diào)配氣機(jī)構(gòu)14的供氣和組合式電控單體泵供油系統(tǒng)的供油，配 合活塞的運(yùn)動(dòng)，按照時(shí)間順序依次向氣缸內(nèi)供氣、供油，完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣沖程，最 終將可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為飛輪旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能輸出，燃燒廢氣由排氣管15進(jìn)入 增壓器16，對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，提高充氣效率。 柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電控組合單體泵的被控對(duì)象為高速電磁閥26，其開啟時(shí)刻決 定供油提前角，開啟持續(xù)時(shí)間決定循環(huán)供油量，供油提前角和循環(huán)供油量的良好組合直接 影響可燃混合氣燃燒質(zhì)量的優(yōu)劣，最終決定了廢氣排放物的高低。操作者通過(guò)踩壓電子踏 板來(lái)實(shí)現(xiàn)改變整機(jī)轉(zhuǎn)速的需求，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器20、噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器28、水溫傳 感器21、燃油溫度傳感器27、進(jìn)氣溫度壓力傳感器25對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并 將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋至電控單元30，電控單元根據(jù)控制策略在各個(gè)模塊中查找相應(yīng)的控制圖， 輸出脈寬和定時(shí)信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整高速電磁閥26的開啟時(shí)刻和開啟持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī) 循環(huán)供油量和供油提前角的控制。各種信號(hào)進(jìn)出電控單元的傳輸均通過(guò)線束部件29實(shí)現(xiàn)。 雙軸平衡裝置的右平衡軸齒輪9由凸輪軸齒輪12通過(guò)平衡軸惰齒輪10傳動(dòng)，隨 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)以2倍于曲軸轉(zhuǎn)速的速度和曲軸同向旋轉(zhuǎn)；左平衡軸齒輪19依靠機(jī)油泵傳動(dòng)齒輪18傳動(dòng)，隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)以2倍于曲軸轉(zhuǎn)速的速度和曲軸反向旋轉(zhuǎn)，兩平衡軸共同作用，在氣缸 中心線方向產(chǎn)生一個(gè)與二級(jí)往復(fù)慣性力大小相等、方向相反的力，可消除或減弱二級(jí)往復(fù) 慣性力的影響。兩平衡軸中心線相對(duì)曲軸中心的坐標(biāo)位置分別為水平方向6= 150士2mm， H = 153士2mm，垂直方向J = 40士2mm。 本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，具有高功率、高可靠性、 低油耗、低排放、低振動(dòng)、低噪聲的特點(diǎn)，廢氣排放滿足非道路歐IIIA排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。 本實(shí)用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)并不局限于上述實(shí)施方 式，可廣泛用于大、中馬力輪式拖拉機(jī)及收獲機(jī)械的配套。
權(quán)利要求一種具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，包括氣缸體(1)、氣缸蓋(3)、曲軸飛輪總成(5)、活塞連桿機(jī)構(gòu)(7)、配氣系統(tǒng)(14)、組合式電控單體泵供油系統(tǒng)(17)、平衡軸(6)、濾清裝置(4)、冷卻風(fēng)扇(2)、增壓器(16)；其特征在于氣缸蓋(3)安裝在氣缸體(1)上方，活塞連桿機(jī)構(gòu)(7)、曲軸飛輪總成(5)安裝在氣缸體(1)內(nèi)部，冷卻風(fēng)扇(2)安裝在氣缸體(1)前端，濾清裝置(4)外掛在氣缸體(1)的側(cè)面，平衡軸(6)布置在氣缸體(1)內(nèi)部裙部下方，組合式電控單體泵供油系統(tǒng)(17)的電控組合單體泵(31)安裝在齒輪室上，增壓器(16)安裝在排氣管(15)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，其特征在于 組合式電控單體泵供油系統(tǒng)(17)中，噴油泵輪轂(35)安裝在電控組合單體泵驅(qū)動(dòng)凸輪軸 (34)的前端，并通過(guò)軸前端的大螺母(33)壓緊，四個(gè)MIO的螺栓(32)將噴油泵齒輪(36) 與噴油泵輪轂(35)連為一體，電控組合單體泵(31)前端的法蘭裝在齒輪室(13)后端面 上，發(fā)動(dòng)機(jī)處于一缸壓縮上止點(diǎn)位置，噴油泵齒輪(36)與惰齒輪(11)按記號(hào)嚙合，惰齒輪(II) 與曲軸齒輪(8)嚙合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，其特征在于 電控組合單體泵(31)在整機(jī)上的安裝位置從冷卻風(fēng)扇(2)端看，位于整機(jī)的右側(cè)，噴油 泵凸輪軸中心線相對(duì)曲軸中心的坐標(biāo)位置分別為水平方向C = 196士3mm，垂直方向D = 173士3mm，安裝角y = 15±5° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，其特征在于 噴油器(23)水平安裝角度a = 15±1° ，垂直安裝角度13 = 7±1° ，氣缸蓋(3)底面上 噴油器安裝孔中心相對(duì)氣缸中心線的坐標(biāo)位置分別為水平方向e二 1.8±0. 3mm，垂直方 向f = 6. 7±0. 3mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，其特征在于 平衡軸(6)在氣缸體(1)內(nèi)部裙部下方，左右各一，高度相同，水平對(duì)稱于氣缸中心線，右平 衡軸齒輪(9)與平衡軸惰齒輪(10)嚙合，平衡軸惰齒輪(10)與凸輪軸齒輪(12)嚙合，左 平衡軸齒輪(19)與機(jī)油泵傳動(dòng)齒輪(18)嚙合，從主油道引出潤(rùn)滑油進(jìn)入平衡軸(e)，平衡 軸中空作油道，兩平衡軸中心線相對(duì)曲軸中心的坐標(biāo)位置分別為水平方向G二 150±2mm， H = 153士2mm，垂直方向J = 40±2mm。
專利摘要具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機(jī)，包括氣缸體、氣缸蓋、曲軸飛輪總成、活塞連桿機(jī)構(gòu)、配氣系統(tǒng)、組合式電控單體泵供油系統(tǒng)、平衡軸、濾清裝置、冷卻風(fēng)扇、增壓器。氣缸蓋安裝在氣缸體上方，活塞連桿機(jī)構(gòu)、曲軸飛輪總成安裝在氣缸體內(nèi)部，平衡軸布置在氣缸體內(nèi)部裙部下方，電控組合單體泵安裝在齒輪室上。采用高壓噴射的電控組合單體泵，能夠精確控制噴油時(shí)刻和供油量，提供高的噴油壓力，可降低有害廢氣排放物的生成，排放指標(biāo)滿足非道路歐IIIA排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；平衡軸安裝在機(jī)體內(nèi)部，在降低振動(dòng)的同時(shí)，不影響曲軸自身平衡，不對(duì)油底殼內(nèi)的機(jī)油產(chǎn)生擾動(dòng)。以上方案的實(shí)施，可以使柴油機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率、低排放、高操作舒適性。
文檔編號(hào)F02M61/14GK201526369SQ20092025803
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者何聰, 呂飛濤, 周梅, 周琨, 商潭蘇, 張君, 楊永安, 湯躍新, 王敏, 蔡紅軍, 趙洪學(xué), 韋明慧 申請(qǐng)人:中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司