防反轉著火的單缸柴油機和單缸柴油機防反轉著火方法

2023-06-02 21:11:36 2

專利名稱：防反轉著火的單缸柴油機和單缸柴油機防反轉著火方法
技術領域：
本發明新涉及一種單缸柴油機，特別涉及一種防反轉著火的單缸 柴油機和單缸柴油機防反轉著火的方法。
技術背景-通常的單缸四衝程柴油機，通過氣缸內活塞的上下運動方向和 起、止位置(也稱之為上止點和下止點)構成不同的衝程，四個衝程 組成一個工作循環，即依次由進氣衝程、壓縮衝程、作功衝程、排氣 衝程組成一個完整連續的工作循環。由柴油機正時齒輪的強制傳動關 系，當活塞運動時，通過活塞、活塞銷、連杆、曲軸、正時齒輪、凸 輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門構成的傳動鏈，使進氣門、排氣門嚴 格按照一定的規律或相位開啟和關閉，實現進氣、壓縮、噴油、燃燒 做功和排氣等過程。由於單缸柴油機的噴油凸輪一般是與進、排氣凸 輪在同一凸輪軸上的，噴油過程也嚴格按照相位是由凸輪軸總成上的 噴油凸輪驅動噴油泵、噴油器來完成的。進氣衝程中，曲軸帶動連杆通過活塞銷把活塞由上止點向下拉， 此時，通過柴油機正時齒輪傳動作用，曲軸帶動凸輪軸以2: 1的速 比轉動。進氣衝程時，進氣門通過凸輪軸上帶有的進氣凸輪驅動挺柱 體，帶動推桿，通過進氣門搖臂打開進氣門，由於活塞向下運動形成 較大的負壓空間，新鮮的空氣通過進氣道流過打開的進氣門進入氣 缸，即完成進氣衝程。當活塞下行到下止點後，活塞開始向上壓縮進入氣缸的新鮮空 氣。此時進氣門和排氣門同時閉合，活塞壓縮進入氣缸的新鮮空氣至 上止點，完成壓縮衝程。在活塞接近上止點時，凸輪軸上的高壓油泵 凸輪驅動高壓燃油泵，通過高壓油管和噴油器，向氣缸內噴入高壓霧 化的燃油，由於在壓縮行程終了時，氣缸內己形成高壓高溫的薴氣的 環境，此時高壓霧化燃油因高溫和富氧的空氣自燃著火，推動活塞下行，形成作功衝程。在活塞接近下止點時，高壓高溫的燃氣作功基本完成，此時凸輪 軸上的排氣凸輪，驅動挺柱體、推桿和排氣門搖臂及時打開排氣門， 隨著活塞上行的推動，較高壓力和高溫的廢氣流過排氣門，通過排氣 道排氣管和消聲器進入大氣形成一個排氣衝程。以上所述為單缸四衝 程柴油機的一個完整的工作循環。由於這是一項傳統的技術，人們在操作上十分熟練方便，隨著柴 油發動機缸徑的擴大和人們手搖起動力量和技術的區別，在起動柴油 機時，及在壓縮衝程時由於活塞上行壓縮進入氣缸的新鮮空氣，消耗 了大量的功，起動人員由於體力消耗大或技術不當，導致活塞不能衝 過上止點，形成的高壓空氣把未衝過上止點的活塞快速向下推動。導 致柴油機反向運動，並在反向運轉過程中，經歷反向的迸氣衝程、壓 縮衝程、作功衝程、排氣衝程可能並著火併反向工作。此時起動人員 不能及時鬆開或退出起動搖手把，而反向運轉著火的柴油機帶動起動
搖手把打傷手臂或其他部位，甚至會打傷柴油機旁邊的人員，造成安 全事故。這樣頻繁的傷人事故在國內屢見不鮮。

發明內容
針對現有單缸^l袖機凸輪軸技術，在手搖起動時，肉反向運轉易 傷人的缺陷，我們改進了高壓油泵凸輪型線以及其與進排氣凸輪相位 夾角的匹配，即在柴油機反向運轉時，我們通過改進高壓油泵凸輪型 線，當高壓油泵反向轉動通過噴袖器向氣缸內噴油的同時，我們讓進 氣門或排氣門處於打開的狀態。這樣噴入氣缸內的霧化燃油就缺乏高 溫富氧的壓縮空氣，無法自燃著火。因此我們改進了高壓袖泵凸輪型 線使能有效的杜絕因柴油機在反向運轉時著火而反向工作的可能性。木發明提供一種防反轉著火的單缸柴油機，它包括凸輪軸主體、 油泵凸輪、進氣凸輪、排氣凸輪；凸輪軸主體上的油泵凸輪驅動高壓 油泵，通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油；凸輪軸主體上的進氣凸輪 驅動進氣挺柱體，帶動進氣推桿，驅動氣門搖臂來驅動進氣門及時打 開與關閉；凸輪軸主體上的排氣凸輪驅動排氣挺柱體，帶動排氣推桿， 驅動排氣門搖臂來驅動排氣門及時打開與關閉;其中當柴油機反轉至 噴油狀態時，柴油機的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。在高壓油泵凸輪驅動高壓油泵挺柱體，推動油泵柱塞通過噴油器 向氣缸內噴入高壓燃油對，此時排氣門在柴油機反向運轉時充當進氣 門，已處於完全打開的狀態，氣缸內壓力略高於大氣壓，氣缸內不能 形成高壓高溫的富氧壓縮空氣，這樣噴入氣缸內的高壓燃油就不能產 生壓燃著火。
本發明還提供一種單缸柴油機防反轉著火的方法，當柴油機反轉 至噴油狀態時，柴油機的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。本發明單缸柴油機防反轉著火的方法是當柴油機反向工作時，所 述的高壓油泵凸輪於升程段驅動高壓油泵通過噴油器向氣缸內噴入 高壓燃油，供油結束時刻，將所述的進、排氣挺柱體任意之一處於升 程段。本發祖單缸柴池機防反轉著火的方法，還將油泵凸輪達到最高升 程段後最大基圓段的相位角加大至臨近內基圓段臨界點。當柴油機反向運轉時無法著火，所以柴油機飛輪在反向轉動半圈 時及可以自動停止轉動，不能著火工作。這祥在晈合起動爪上的起動 搖把就不能對正在起動的人員因柴油機反轉著火形成的高轉動速度 打傷起動人員的手臂或旁邊的非操作人員。由於本發明中對高壓油泵,凸輪的型錢進行改進以及高壓油泵凸 輪與進排氣凸輪的相位夾角優化，對原柴油機的任何尺寸和相關裝配 接口及要求一致，這樣就有可能對原柴油機凸輪軸技術改進提供了可 能，可以很容易的實現批量或全部更換而不影響其它零件的裝配和整機性能，這樣的^:明對操作人員的安全有了保障，同對保證柴油機成 本也不增加。


圖ia、 m為現有技術中的單缸柴油機油泵凸輪與進排氣凸輪形狀及相位夾角示意屈，其中圖1b為圖1a的側視圖；圖2為現有技術中單缸柴油機凸輪軸部件驅動示意圖3為現有技術中單缸柴油機的油泵凸輪與進、排氣凸輪驅動的 挺柱體升程及相位示意圖r圖4為現有技術中單缸柴油機反向運轉時，袖泵凸輪與進、排氣 凸輪驅動的挺柱體升程及相位示意圖；圖5A、 5B.為本發明為的單缸柴袖機油泵凸輪與進排氣凸輪形狀 及相位夾角示意圖，實中圖5B為圖5A的側視圖；恩6為本發明的單缸柴油機凸輪軸部件驅動示意圖；風7A為本發明單缸柴油機的油泵凸l&與現有技術中單缸柴油機 的袖泵凸輪相位對比示意圖；圖7B為本發明單缸柴油機的撒泵凸輪與現有技術中單缸柴油機 的袖泵凸輪相位展開對比示意圖；圖8為本發吸的帶有防反轉著火的單缸柴油機正佝運轉時，袖泵 凸輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位示意圖；圖9為本發明韻帶有防反轉著火的單缸柴油機反向運轉時，油泵 凸輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位示意圖。其中附圖標記表示如下在現有技術附齒中所使用附圖標記如下1、凸輪軸齒輪；2、平鍵；3、凸輪軸；4、進氣挺柱體； 5、進氣推桿；6、排氣推杼；7、排氣挺柱體；8、高壓 油泵凸輪；9、進氣凸輪；.10、排氣凸輪；11、油泵挺柱 體；12、油泵柱塞。為了以示區別，本發明附圖中所使用附圖標記如下1r、凸輪軸齒輪 2'、平鍵 3'、凸輪軸 4'、進氣挺 柱體5'、進氣推桿 6'、排氣推桿 7'、排氣挺柱體 8'、 高壓油泵凸輪 9'、進氣凸輪10'、排氣凸輪 11'、油 泵挺柱體12'、灘泵柱塞具體實施方式
如圖1A、 1B、 2所示，圖1A、 1B為現有技術中的單缸柴油機 油泵凸輪與進排氣凸輪形狀及相位夾角示意凰，其中圖1B為圖1A 的側視圖，圖2為現有技術中單缸柴油機凸輪軸部件驅動示意圖。該 凸輪軸總成包括有凸輪輸3、油泵凸輪8、凸輪軸齒輪1、進氣凸輪9、 排氣凸輪IO。通過圖1A、圖1B所示的夾角相位，保證噴油與進排 氣相配合，實現單缸柴油機進氣沖程、壓縮衝程、作功衝程、排氣衝 程，即完成一個完整連續的工作循環。如圖2所示，圖2為:現有技術中單缸柴油機凸輪軸部伴驅動示意 圖。當柴袖機正常工作時，由曲軸正時齒輪作為主動力驅動凸輪軸齒 輪l，通過平鍵2帶動凸輪軸3工作，當凸輪軸3正常工作時，由高 壓油泵凸輪8驅動高壓油泵挺柱體11，推動油泵柱塞12，並通過噴 袖器向氣缸內噴入髙壓燃油，由進氣凸輪9驅動進氣挺柱體4，帶動 進氣推桿5，驅動氣門搖臂來驅動進氣門及時打開與關閉。由排氣凸 輪10驅動排氣挺柱體7，帶動排氣推桿6，驅動排氣門搖臂來驅動排 氣門及時打開與關閉。如圖3和1B所示，圖3示出了現有技術中單缸柴油機的油泵凸 輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位圖，而圖TB示出現有技
術中單缸柴油機的油泵ft輪與進、排氣凸輪形狀及相位夾角，結合圖3和IB所示，在進氣過程結束並由活塞壓縮接近上死點時，在X到 Y段，高壓油泵凸輪8驅動高壓油泵挺柱體11，推動油泵柱塞12， 並通過噴油器佝氣缸內噴入高壓燃油。由於進、徘氣門此時關閉，壓 縮產生了高溫富氧的壓縮空氣使噴入氣缸的燃油fi燃著火，柴油機正 常運轉做功，後通過排氣凸輪IO，驅動排氣挺柱體7，帶動排氣推桿6:，驅動排氣f:l搖臂來驅動排氣f:l及時打開排氣a維出廢氣，再由進氣凸輪9驅動進氣挺柱體4，帶動進氣推桿5，驅動氣門搖臂來驅 動進氣門及時打開進氣門吸人新鮮空氣。從而形成一個完整的工作循 環。當操作人員由於起動力量小或技術不好造成柴油機反向運轉時， 如圖2所示，原來的進氣門將被充當成排氣門，原來的排氣門充當成 進氣門，高壓油泵凸輪8的升程段變為回程段，原來回程段變為高壓 油泵凸輪8升程段，在柴油機反向運轉時，高壓油泵凸輪原回程段轉 變成升程段，如圖4和圖1B所示，圖4示出了現有技術中單缸柴油 機反向運轉時，油泵凸輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位圖， 而圖1B示出了現有技術中的單缸柴油機油泵凸輪與進排氣凸輪形狀 及相位夾角圖。由於高壓油泵凸輪8在X'到Y'段驅動高壓油泵挺柱 體ll，推動油泵柱塞12,並通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油，而 進、排氣門此時處於接近即將關閉狀態，活塞通過壓縮新鮮空氣產生 高溫富氧的壓縮空氣，使噴入氣缸的髙壓燃油自燃著火，並做功。這 樣就會導致柴油機反向轉動時能夠正常運轉著火。在柴油機反向運轉
時，由於搖把不能和起動爪脫開，高速運動的搖把很容易打傷起動人 員和旁邊的操作人員。本發明通過對高壓油泵凸輪8'進行了重新設計。本發明通過對油 泵凸輪8'重新設計，如圖5A、 5B和圖6所示，圖5A示出了本發明 單缸柴油機凸輪軸結構，圖6為本發明的單缸柴油機凸輪軸部件驅動 示意圖。該凸輪軸總成包括有凸輪軸3'、油泵凸輪8'、凸輪軸齒輪r、 進氣凸輪9'、排氣凸輪10'，其中凸輪軸齒輪1'通過平鍵2'與凸輪軸 3'相連，而油泵凸輪8'、進氣凸輪9'、排氣凸輪10'與凸輪軸3'連為 一體。如圖6所示，圖6示出了單缸柴油機凸輪軸部件驅動方式。當柴 油機正常工作時，由曲軸正時齒輪作為主動力驅動凸輪軸齒輪l'，凸 輪軸齒輪l'再通過平鍵2'帶動凸輪軸3'旋轉。當凸輪軸3'正常工作 時，凸輪軸3'上的油泵凸輪8'驅動高壓油泵，並通過噴油器向氣缸 內噴入高壓燃油，由凸輪軸3'上的進氣凸輪9'驅動進氣挺柱體4'， 帶動進氣推桿5'，從而驅動氣門搖臂來驅動進氣門及時打開與關閉。 由凸輪軸3'上的排氣凸輪10'驅動排氣挺柱體7'，帶動排氣推桿6'， 從而驅動排氣門搖臂來驅動排氣門及時打開與關閉。其中高壓油泵的 挺柱體與油泵凸輪8'接觸副可以為雙圓弧接觸副，即高壓油泵挺柱體 底端為弧形面，也可以為圓弧-平底接觸副，即高壓油泵的挺柱體底 端為水平面。本發明的油泵凸輪8'的升程型線被重新設計，其油泵凸 輪的寬度在8~16毫米之間，油泵凸輪8'的外徑尺寸應包括在4>30 4>80毫米之間。油泵凸輪最大外圓半徑與油泵凸輪最小外圓半徑差
為6 14毫米，從而確保高壓油泵的挺柱體的直線升程在6 14毫米 之間。本發明油泵凸輪8'的形狀發生很大變化。我們把油泵凸輪8'達 到最高升程段後基岡段的相位角加大。如圖7A、圖7B所示，圖7A 為本發明單缸柴油機的油泵凸輪與現有技術中單缸柴油機的油泵凸 輪相位對比示意圖，而圖7B為本發明單缸柴油機的油泵凸輪與現有 技術中單缸柴油機的油泵凸輪相位展開對比示意圖。高壓油泵凸輪 8'的形狀發生很大變化。圖中所示的c點為髙壓油泵凸輪8'內基圓段 終點，c到d段為高壓油泵凸輪8'的切線上升段，在c到d段之間有 X到Y段為高壓油泵凸輪8'驅動高壓油泵挺柱體11'，推動油泵柱塞 12'，並通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油的區間。d到e段為外基 圓段(或稱之為最大外圓段)，此段高壓油泵凸輪8'的升程保持最大 不變，e到f段為高壓油泵凸輪8'的回程段，此時高壓油泵凸輪8'的 升程下降，其驅動的高壓油泵柱塞12'在高壓油泵彈簧作用下，下 降吸入柴油。f到c段為內基圓段(或稱之為最小內圓段)，在此內基 圓段，高壓油泵凸輪8'的升程保持最小值0不變。對比現有技術的高 壓油泵凸輪8,圖中所示的c點為高壓油泵凸輪8內基圓段終點，c 到d段為高壓油泵凸輪8的切線上升段，在c到d段之間有X到Y 段為高壓油泵凸輪8驅動高壓油泵挺柱體11，推動油泵柱塞12，並 通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油的區間。d到f段為高壓油泵凸輪 8的回程段，此時高壓油泵凸輪8的升程下降，其驅動的高壓油泵柱 塞12在高壓油泵彈簧作用下，下降吸入柴油。f到c段為內基圓段，
此內基圓段高壓油泵凸輪8的升程保持最小值0不變。我們可以清楚 的發現，全新設計的高壓油泵凸輪8'，在d到e段是一段外基圓段， 此段高壓油泵凸輪8'的升程保持最大不變，而現有技術的高壓油泵凸 輪8沒有d到e的一段較大轉角的外基岡段。丙此在柴油機反向運轉 時，兩種高壓油泵凸輪8'和8就會表現出不同的性能，其分別驅動高 壓油泵挺柱體ll鄰11，推動油泵柱塞12鄰12，在不同的相位角， 並通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油。我們把高壓油泵凸輪8'達到最 髙升程段後基圓段的相位轉角加大到d到e段。如圖8所示，圖8為本發明的帶有防反轉著火的單缸柴油機正向 運轉時，油泵凸輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位示意圖。 在柴油機正常工作時，高壓油泵凸輪8'的改進設計對柴油機工作毫不 影響，這就保證了高壓油泵凸輪8'的新設計對原有柴油機的正常工作 性能不會產生影響。如圖9所示，圖9為本發明的帶有防反轉著火的單缸柴油機反向 運轉時，油泵凸輪與進、排氣凸輪驅動的挺柱體升程及相位示意圖。 在柴油機反向運轉時，高壓油泵在通過高壓油泵凸輪8'的原回程段的 作用下，驅動高壓油泵挺柱休11'，推動油泵柱塞12'，即在X"到 Y"段,通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油,這時我們通過圖9能清楚的 發現，在高壓油泵凸輪8'驅動高壓油泵挺柱體ir，推動油泵柱塞12' 通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油時，此時排氣門在柴油機反向運轉 時充當進氣門，己處於完全打開的狀態，氣缸內壓力略高於大氣壓， 氣缸內不能形成高壓高溫的富氧壓縮空氣，這樣噴入氣缸內的高壓燃油就不能產生自然著火。因為它缺少一個著火燃燒的必要條件，就是高溫富氧的空氣。如圖9所示，柴油機在反向運轉時不能形成著火燃燒，起動搖把就不會聯在起動爪上高速反向轉動，這樣就能很好地保 證了起動人員和旁邊的操作人員的安全。
權利要求
1.一種防反轉著火的單缸柴油機，它包括凸輪軸主體(3』)、油泵凸輪(8』)、進氣凸輪(9』)、排氣凸輪(10』)；凸輪軸主體(3』)上的油泵凸輪(8』)驅動高壓油泵挺柱體(11』)，通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油；凸輪軸主體(3』)上的進氣凸輪(9』)驅動進氣挺柱體(4』)，帶動進氣推桿(5』)，驅動氣門搖臂來驅動進氣門及時打開與關閉；凸輪軸主體(3』)上的排氣凸輪(10』)驅動排氣挺柱體(7』)，帶動排氣推桿(6』)，驅動排氣門搖臂來驅動排氣門及時打開與關閉；其特徵在於當柴油機反轉至噴油狀態時，柴油機的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。
2. 如權利要求1所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特徵在 於所述的排氣門在柴油機反向運轉時充當進氣門，並處於 打開的狀態。
3. 如權利要求1所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特徵在 於當柴油機反向工作時，所述的高壓油泵凸輪(8')於升 程段驅動高壓油泵通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油，供 油結束時刻，所述的進、排氣挺柱體(4'、 7')任意之一處於 升程段。
4. 如權利要求1所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特徵在 於所述的棑氣挺柱體(7')處於升程段。
5. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，油泵 凸輪(8')達到最高升程段後最大基圓段的相位角加大至 柴油機反轉時的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。
6. 如權利要求5所述的防反轉著火的單缸柴油機，油泵凸輪(8，)達到最高升程段後最大基圓段的相位角加大至臨近 內基圓段臨界點(f)。
7. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特 徵在於所述的高壓油泵凸輪(8')與凸輪軸主體(3')為 一體的。
8. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特 徵在於所述的高壓油泵凸輪(8，)外套在主體(3，)上， 通過鍵(2')聯接形成一體。
9. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特 徵在於所述的高壓油泵凸輪(8')通過過盈裝配套在主體(30上。
10. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特 徵在於所述的進氣凸輪(9')、排氣凸輪(IO')與凸輪軸 主體(3')是通過鑄造或鍛造形成整體。
11. 如權利要求1或3所述的防反轉著火的單缸柴油機，其特 徵在於所述的其油泵凸輪(8')的寬度在8 16毫米之間， 外徑尺寸應在4)30 小80毫米之間，。最大外圓半徑與最小 外圓半徑差為6 14毫米。
12. —種單缸柴油機防反轉著火的方法，當柴油機反轉至噴油 狀態時，柴油機的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。
13. 如權利要求12所述的單缸柴油機防反轉著火的方法，所 述的排氣門在柴油機反向運轉時充當進氣門，將其置於完 全打開的狀態。
14. 如權利要求12所述的單缸柴油機防反轉著火的方法，當 柴油機反向丁作時，所述的高壓油泵凸輪(8')於升程段 驅動高壓油泵通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油，供油結 束時刻，將所述的進、排氣挺柱體(4'、 7')任意之一處於升 程段。
15. 如權利要求12所述的單缸柴油機防反轉著火的方法，將 油泵凸輪(8')達到最高升程段後最大基圓段的相位角加 大至高壓油泵凸輪(8')的回程段臨界點(e)，該回程段 臨界點(e)所述的排氣凸輪轉角的下死點與上死點之間。
16. 如權利要求15所述的單缸柴油機防反轉著火的方法，將 油泵凸輪(8')達到最高升程段後最大基圓段的相位角加 大至臨近內基圓段臨界點(f)。
全文摘要
一種防反轉著火的單缸柴油機，它包括凸輪軸主體(3』)、油泵凸輪(8』)、進氣凸輪(9』)、排氣凸輪(10』)；凸輪軸主體(3』)上的油泵凸輪(8』)驅動高壓油泵，通過噴油器向氣缸內噴入高壓燃油；凸輪軸主體(3』)上的進氣凸輪(9』)驅動進氣挺柱體(4』)，帶動進氣推桿(5』)，驅動氣門搖臂來驅動進氣門及時打開與關閉；凸輪軸主體(3』)上的排氣凸輪(10』)驅動排氣挺柱體(7』)，帶動排氣推桿(6』)，驅動排氣門搖臂來驅動排氣門及時打開與關閉；其特徵在於當柴油機反轉至噴油狀態時，柴油機的進、排氣門任意之一處於開啟狀態。
文檔編號F01L13/00GK101126332SQ200710023548
公開日2008年2月20日 申請日期2007年6月7日 優先權日2007年6月7日
發明者張超建, 李玉剛, 蔡茂春 申請人:江蘇江淮動力股份有限公司