專利名稱：具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于內(nèi)燃機領(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。
技術(shù)背景 隨著柴油機排放對大氣環(huán)境的污染日益加劇，世界各國政府都先后制訂了越來越 嚴格的排放法規(guī)，禁止高排放柴油機產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)和銷售。目前，我國生產(chǎn)的柴油機多采 用機械供油系統(tǒng)，供油壓力較低，噴油量由機械設(shè)定，主要考慮兩點穩(wěn)態(tài)工況，無法兼顧瞬 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，不能實現(xiàn)每一工況下可燃混合氣的良好燃燒，排放指標無 法滿足非道路歐IIIA及更高排放標準的要求。 為了保證具有較低的廢氣排放物指標，近年來普遍采用高壓共軌、單體泵電控高 壓供油系統(tǒng)來滿足歐III以上排放標準，但高壓共軌系統(tǒng)工藝水平要求較高，關(guān)鍵技術(shù)及 零部件均需國外引進，成本高，而且對機型的改動也較大，難以實現(xiàn)與現(xiàn)有產(chǎn)品的兼容。 四缸柴油機的二級往復(fù)慣性力為單缸機的4倍，其方向是在氣缸中心線上，此二
級往復(fù)慣性力會引起配套整機的上下振動，造成操作者的不舒適感。采用平衡裝置可消除 或減弱二級往復(fù)慣性力的影響。其基本原理是用一對旋轉(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)生一個與二級往復(fù)慣性力大小相等、方向相反的力。根據(jù)此原理， 可采用多種方式實現(xiàn)。國內(nèi)現(xiàn)有四缸機大多數(shù)是在曲軸的某一曲柄臂上增加一個大齒圈， 以此作為主動力驅(qū)動下掛于機體或主軸承座的平衡軸，但該設(shè)計或多或少地破壞了曲軸自 身的平衡性，增加軸瓦的負荷及軸頸的內(nèi)應(yīng)力。另外，由于平衡軸位置較低，在運轉(zhuǎn)過程中 會將油底殼內(nèi)的機油攪動，造成驅(qū)動損失增加，機油溫度升高，影響柴油機的功率及工作可 靠性
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種具有降低二級往復(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排放標準并具有達到歐IIIB 標準潛力的四缸電控增壓中冷柴油機，在降低環(huán)境污染的同時，實現(xiàn)配套整機操作的舒適 性。 本實用新型的技術(shù)方案是具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機，包括氣 缸體、氣缸蓋、曲軸飛輪總成、活塞連桿機構(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、冷卻風扇、增壓器。氣缸蓋安裝在氣缸體上方，活塞連桿機構(gòu)、曲軸飛輪總成 安裝在氣缸體內(nèi)部，冷卻風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)動凸輪軸的前端，并通 過軸前端的大螺母壓緊，四個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)動機處于一缸壓縮上止點位置，噴油泵齒輪與 惰齒輪按記號嚙合，惰齒輪與曲軸齒輪嚙合。 電控組合單體泵在整機上的安裝位置從冷卻風扇端看，位于整機的右側(cè)，噴油泵 凸輪軸中心線相對曲軸中心的坐標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氣缸中心線的坐標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 油泵傳動齒輪嚙合，從主油道引出潤滑油進入平衡軸，平衡軸中空作油道。兩平衡軸中心 線相對曲軸中心的坐標位置分別為水平方向G = 150士2mm，H = 153士2mm，垂直方向J = 40±2mm。 本實用新型可達到如下積極效果在四缸增壓中冷柴油機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，使整機排放水平達到非道路歐IIIA排放標準，并且為達到歐IIIB排放標準提供了基 礎(chǔ)。電控組合單體泵能和現(xiàn)生產(chǎn)采用的機械泵互換，涉及的變動較少，容易在較短時間內(nèi)實 現(xiàn)。內(nèi)置于機體內(nèi)部的平衡軸系統(tǒng)，在降低振動、提高駕駛舒適性的同時，不影響曲軸自身 的平衡性，不會對油底殼內(nèi)的機油產(chǎn)生擾動。以上方案的實施，可以使四缸柴油機實現(xiàn)低排 放、高操作舒適性。

圖1為本實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結(jié)構(gòu)示 意圖。 圖2為本實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左視局 部剖視圖。 圖3為本實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電控組 合單體泵安裝示意圖。 圖5為本實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噴油器 在氣缸蓋上的安裝示意圖。 圖6為本實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。
具體實施方式
如圖1 圖4所示，本實用新型主要結(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 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，活塞連桿機構(gòu)7、曲軸飛輪總成5安裝在氣缸體1 內(nèi)部，冷卻風扇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，水平對稱于氣缸中心線。安裝時使發(fā)動機處 于一缸壓縮上止點位置，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 排氣管15與氣缸蓋3相連。 考慮到產(chǎn)品要達到非道路歐IIIA排放標準，產(chǎn)品的供油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)都進行了 優(yōu)化設(shè)計和匹配。 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)動凸輪軸34的前端，并通過軸前端的大螺母33壓緊，四個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)動機處于一缸壓縮上止點位置，噴油泵齒輪36與惰齒輪11按記號嚙合，由曲軸 齒輪8驅(qū)動惰齒輪ll，惰齒輪11驅(qū)動噴油泵齒輪36。電控組合單體泵31在整機上的安裝 可與機械泵互換。單體泵供油始點與一缸壓縮上止點的相位關(guān)系由正時銷控制?？紤]高的 供油壓力會使油泵驅(qū)動凸輪軸承受更大的彎矩，在泵體后部增加油泵托架進行輔助支撐。 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氣缸中心線的坐標位置 分別為水平方向E = 1. 8±0. 3mm，垂直方向F = 6. 7±0. 3mm。 啟動時，由蓄電池向啟動電機供電，啟動電機帶動柴油機的曲軸飛輪總成旋轉(zhuǎn)，并 通過與曲軸相連的連桿推動活塞在氣缸體內(nèi)進行往復(fù)運動，壓縮缸內(nèi)混合氣體。同時通過 各齒輪的相互嚙合運動，協(xié)調(diào)配氣機構(gòu)14的供氣和組合式電控單體泵供油系統(tǒng)的供油，配 合活塞的運動，按照時間順序依次向氣缸內(nèi)供氣、供油，完成進氣、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)的動能輸出，燃燒廢氣由排氣管15進入 增壓器16，對進氣進行壓縮，提高充氣效率。 柴油機運行過程中，電控組合單體泵的被控對象為高速電磁閥26，其開啟時刻決 定供油提前角，開啟持續(xù)時間決定循環(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。操作者通過踩壓電子踏 板來實現(xiàn)改變整機轉(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、進氣溫度壓力傳感器25對柴油機運行工況進行實時監(jiān)控，并 將監(jiān)測結(jié)果反饋至電控單元30，電控單元根據(jù)控制策略在各個模塊中查找相應(yīng)的控制圖， 輸出脈寬和定時信號，實時調(diào)整高速電磁閥26的開啟時刻和開啟持續(xù)時間，實現(xiàn)對柴油機 循環(huán)供油量和供油提前角的控制。各種信號進出電控單元的傳輸均通過線束部件29實現(xiàn)。 雙軸平衡裝置的右平衡軸齒輪9由凸輪軸齒輪12通過平衡軸惰齒輪10傳動，隨 曲軸轉(zhuǎn)動以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依靠機油泵傳動齒輪18傳動，隨曲軸轉(zhuǎn)動以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)生一個與二級往復(fù)慣性力大小相等、方向相反的力，可消除或減弱二級往復(fù) 慣性力的影響。兩平衡軸中心線相對曲軸中心的坐標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。 本實用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機，具有高功率、高可靠性、 低油耗、低排放、低振動、低噪聲的特點，廢氣排放滿足非道路歐IIIA排放標準的要求。 本實用新型具有雙軸平衡裝置的低排放四缸電控柴油機并不局限于上述實施方 式，可廣泛用于大、中馬力輪式拖拉機及收獲機械的配套。
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，包括氣缸體(1)、氣缸蓋(3)、曲軸飛輪總成(5)、活塞連桿機構(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，活塞連桿機構(gòu)(7)、曲軸飛輪總成(5)安裝在氣缸體(1)內(nèi)部，冷卻風扇(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，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)動凸輪軸 (34)的前端，并通過軸前端的大螺母(33)壓緊，四個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)動機處于一缸壓縮上止點位置，噴油泵齒輪(36)與惰齒輪(11)按記號嚙合，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，其特征在于 電控組合單體泵(31)在整機上的安裝位置從冷卻風扇(2)端看，位于整機的右側(cè)，噴油 泵凸輪軸中心線相對曲軸中心的坐標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，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氣缸中心線的坐標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，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)與機油泵傳動齒輪(18)嚙合，從主油道引出潤滑油進入平衡軸(e)，平衡 軸中空作油道，兩平衡軸中心線相對曲軸中心的坐標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，包括氣缸體、氣缸蓋、曲軸飛輪總成、活塞連桿機構(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、冷卻風扇、增壓器。氣缸蓋安裝在氣缸體上方，活塞連桿機構(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，排放指標滿足非道路歐IIIA排放標準的要求；平衡軸安裝在機體內(nèi)部，在降低振動的同時，不影響曲軸自身平衡，不對油底殼內(nèi)的機油產(chǎn)生擾動。以上方案的實施，可以使柴油機同時實現(xiàn)高功率、低排放、高操作舒適性。
文檔編號F02M61/14GK201526369SQ20092025803
公開日2010年7月14日 申請日期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 申請人:中國一拖集團有限公司