一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的製作方法

2023-07-17 03:07:11 1

專利名稱：一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的製作方法
技術領域：
本實 用新型屬於內燃機領域，涉及一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機 構。
背景技術：
隨著柴油機尾氣排放對大氣環境的汙染日益加劇，世界各國政府都先後制訂了 越來越嚴格的排放法規，禁止高排放產品的繼續生產和銷售。目前國內機械產品採用的 柴油機，其供油系統大多為機械式，供油壓力偏低，供油規律屬機械設定，主要考慮標 定和最大扭矩兩點穩態工況，無法兼顧瞬態工況，容易出現急加速冒煙等不良現象，而 且無法自動調節各缸噴油量平衡特性。供油提前特性也只能隨轉速線性單調變化，難以 實現每一工況下可燃混合氣的良好燃燒，排放指標很難滿足非道路歐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，可以採用高壓共軌、單體泵電控高壓供 油系統來滿足歐III以上排放標準，但高壓共軌系統工藝水平要求較高，關鍵技術及零部 件均需國外引進，成本較高，而且對機型的改動較大，難以實現與現產品的兼容。隨著社會進步和不斷發展，人們不僅對機械產品的排放要求提高，而且對機械 產品的舒適性、可靠性都提出了更高的要求。由二階往復慣性力引起四缸柴油機振動和 噪聲問題得到了越來越多的關注。四缸柴油機的二級往復慣性力為單缸機的四倍，其方 向是在氣缸中心線上，頻率為發動機轉速的兩倍。此二級往復慣性力會引起整機的上下 振動以及由此產生的振動噪聲，影響駕駛員的舒適性和產品的可靠耐久性。基於上述原 因，可以利用平衡裝置消除或減弱二級往復慣性力的影響，其基本原理是用一對轉速相 同、旋轉方向相反且兩倍於柴油機轉速並帶有不平衡質量的平衡軸，它們在氣缸中心線 方向產生一個與二級往復慣性力大小相等，方向相反的力，抵消二級往復慣性力對柴油 機的影響。根據此原理，可採用多種方式實現。例如國內現有四缸柴油機大多數是在 曲軸的某一曲柄臂上增加一個大齒圈，以此作為主動力驅動下掛於機體或主軸承座的平 衡軸。這種平衡軸機構，對柴油機整體結構變動小，生產準備投入少、周期短，成果轉 化快。但由於平衡軸位置較低，在運轉過程中平衡半軸會頻繁攪動油底殼內的機油，造 成驅動損失增加，機油溫度升高。還有將平衡軸布置在氣缸體內部，裙部下方，兩平衡 軸由齒輪室內布置的傳動齒輪傳動；這種結構的特點是平衡軸較高，不攪油，但結構復 雜，要求發動機的結構要做較大的變動，機體和老產品很難通用，不易和老產品共線生 產，生產準備投入大。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種能夠滿足非道路歐IIIA排放標準、可降低二級 往復慣性力的低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構。本實用新型的技術方案是一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，包括氣缸體、氣缸蓋、活塞連杆機構、配氣機構、雙軸平衡裝置、組合式電控單體泵、曲軸飛輪總成、水泵風扇總成、廢氣渦輪增壓器、空氣濾清器、齒輪室、油底殼、進氣 管、排氣管、飛輪殼。氣缸蓋安裝在氣缸體的頂面，活塞連杆機構和曲軸飛輪總成安 裝在氣缸體的內部，雙軸平衡裝置位於油底殼內，同油底殼一起安裝在氣缸體的下平 面，進氣管和排氣管分別安裝在氣缸蓋的左、右兩側，配氣機構安裝在氣缸蓋的上部， 空氣濾清器安裝在進氣管的上面，廢氣渦輪增壓器安裝在排氣管的上面，水泵風扇總成 安裝在氣缸體的前端，齒輪室安裝在氣缸體的前端，飛輪殼安裝在氣缸體的後端，組合 式電控單體泵安裝在齒輪室的後端面，柴油機的缸徑為102 105mm，衝程為108 120mm,缸心距為127mm。組合式電控單體泵及其供油系統包括電控組合單體泵、曲軸轉速傳感器、水溫 傳感器、電子踏板、進氣溫度壓力傳感器、高速電磁閥、燃油溫度壓力傳感器、噴油泵 凸輪軸轉速傳感器、線束、電控單元、高壓油管和噴油器，噴油泵齒輪輪轂安裝在電控 組合單體泵驅動凸輪軸的前端，由鎖緊螺母鎖緊，四個螺栓將噴油泵齒輪與噴油泵齒輪 輪轂固定，電控組合單體泵前端的連接法蘭安裝在齒輪室的後端面，當發動機處於一缸 壓縮上止點時，噴油泵齒輪與發動機的齒輪系按記號安裝。電控組合單體泵安裝在發動機一側，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 = 117士3mm，垂直方向D = 200士3mm，安裝角Y = 20° 士5° °C A。採用P系列多孔小孔徑低慣量噴油器，噴油器水平安裝角度α =15° 士 1°， 垂直安裝角度β =7° 士 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 = 1.8 士0.3mm，垂直方向F = 6.7 士0.3mm。雙軸平衡機構安裝在油底殼內，固定在發動機機體的底面，採用空心定位銷定 位，強力螺栓固定；兩平衡軸對稱安裝在平衡軸座上，並安裝有止推軸承，平衡軸和軸 承之間採用壓力油潤滑，兩平衡軸都安裝有防攪油的輕質半軸，兩平衡軸通過平衡軸蓋 和強力螺栓固定在平衡軸座上，兩者之間由空心定位銷定位。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採用組合式高壓噴 射電控單體泵的供油系統，可以精確控制噴油時刻和供油量，並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，並且為達到非道路 歐IIIB排放標準奠定了基礎。組合式電控單體泵能與現生產採用的機械泵互換，涉及的 變動較少，容易在較短時間內實現。安裝在機體下部的雙軸平衡機構，在發動機結構變 動很小的情況下，能夠降低柴油機的振動，提高駕駛的舒適性和零部件的可靠性。

圖1為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的左視圖。圖2為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的前視圖。圖3為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的右視圖。圖4為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的組合式電控 單體泵供油系統結構示意圖。圖5為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的組合式電控單體泵安裝示意圖。圖6為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的噴油器在氣 缸蓋上的安裝示意圖。圖7為本實用新 型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的噴油器在氣 缸蓋上的安裝位置的A-A剖視圖。圖8為圖7的仰視圖。圖9為本實用新型一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構的二級往復慣 性力平衡軸機構的結構示意圖。 圖10為圖9的B-B剖視圖。
具體實施方式
如圖丨 圖3所示，本實用新型主要結構包括氣缸體4、氣缸蓋12、活塞連杆機 構6、配氣機構11、雙軸平衡裝置7、組合式電控單體泵3、曲軸飛輪總成8、水泵風扇總 成2、廢氣渦輪增壓器9、空氣濾清器10、齒輪室5、油底殼14、進氣管1、排氣管15、 飛輪殼16。其缸心距為127mm，缸徑為102 105mm，衝程為108 120mm。其氣缸蓋12安裝在氣缸體4的頂面，活塞連杆機構5和曲軸飛輪總成7安裝在 氣缸體4的內部，雙軸平衡裝置7位於油底殼14內，同油底殼14 一起安裝在氣缸體4的 下平面，進氣管1和排氣管15分別安裝在氣缸蓋12的左、右兩側，配氣機構11安裝在 氣缸蓋12的上部，空氣濾清器10安裝在進氣管1的上面，廢氣渦輪增壓器9安裝在排氣 管15的上面，水泵風扇總成2安裝在氣缸體4的前端，齒輪室安裝在氣缸體4的前端， 飛輪殼16安裝在氣缸體4的後端，組合式電控單體泵3安裝在齒輪室5的後端面。為使本實用新型所描述的產品尾氣排放達非道路歐IIIA排放標準，產品的供油 系統、燃燒系統都進行了優化設計及匹配試驗驗證。供油系統採用組合式電控單體泵，該系統包括電控組合單體泵3、曲軸轉速傳感 器13、水溫傳感器17、電子踏板19、進氣溫度壓力傳感器21、高速電磁閥22、燃油溫度 壓力傳感器23、噴油泵凸輪軸轉速傳感器24、線束25、電控單元26、高壓油管18和噴 油器20，噴油泵齒輪輪轂29安裝在電控組合單體泵3驅動凸輪軸的前端，由鎖緊螺母30 鎖緊，四個MlO的螺栓將噴油泵齒輪28與噴油泵齒輪輪轂29固定，電控組合單體泵3前 端的連接法蘭28安裝在齒輪室5的後端面，當發動機處於一缸壓縮上止點時，噴油泵齒 輪28與發動機的齒輪系按各齒輪上的記號安裝。電控組合單體泵3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係由正時銷控制。考慮高的供 油壓力會使油泵驅動凸輪軸承受更大的彎矩，在泵體後部增加油泵託架進行輔助支撐。電控組合單體泵3安裝在發動機的一側，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 = 20° 士5°。噴油器20採用P系列多孔、小孔徑、低慣量噴油器，其水平安裝角度α = 15° 士 1°，垂直安裝角度β =7° 士 1°，氣缸蓋12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 士0.3mm，垂直方向F = 6.7 士0.3mm。雙軸平衡機構7安裝在發動機的油底殼14內，平衡軸座固定在發動機機體4的底面，兩者採用空心定位銷定位，強力螺栓固定。兩個具有相同離心力的平衡軸對稱 於曲軸中心且水平安裝在平衡軸座上，並安裝有滑動止推軸承，平衡軸和軸承之間採用 壓力潤滑，以此來減磨和控制平衡軸的軸向竄動，兩平衡軸通過平衡軸蓋及強力螺栓固 定，通過空心定位銷定位，保證安裝精度，兩平衡軸上還安裝有防攪油的輕質半軸，以 降低機油溫升和減少功率消耗。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8旋 轉，並通過與曲軸相連的連杆推動活塞在氣缸體4內進行往復運動，壓縮缸內混合氣 體。同時通過各齒輪的相互嚙合運動，協調配氣機構11的供氣和組合式電控單體泵3 的高壓噴射系統供油，配合活塞的運動，按照時間順序依次向氣缸內供氣、供油，完成 進氣、壓縮、作功、排氣衝程，最終將可燃混合氣燃燒產生的熱能轉化為飛輪旋轉的機 械能輸出。燃燒廢氣由排氣管15進入廢氣渦輪增壓器9，對進氣進行壓縮，提高充氣效 率。柴油機運行過程中，組合式電控單體泵3高壓噴射系統的被控對象為高速電磁 閥22，其開啟時刻決定供油提前角，開啟持續時間決定循環供油量，供油提前角和循環 供油量的良好組合影響可燃混合氣了燃燒質量的優劣，最終決定廢氣排放物的高低。曲 軸轉速傳感器13等各種傳感器對柴油機運行工況進行實時監控，並將監測結果反饋至 電控單元，電控單元根據控制策略在各個模塊中查找相應的控制圖，輸出脈寬和定時信 號，實時調整高速電磁閥22的開啟時刻和開啟持續時間，實現對柴油機噴油量和噴油定 時的控制，以實現良好的燃燒，降低有害尾氣的排放，從而達到現階段的排放標準。發動機運轉時，雙軸平衡軸機構7中的平衡軸I以兩倍於發動機的角速度順時針 旋轉，平衡軸II以兩倍於發動機的角速度逆時針旋轉。從而實現兩平衡軸同速、反向旋 轉。它們旋轉時產生的離心力在水平方向的分力因大小相等、方向相反而相互抵消，離 心力在豎直方向產生的分力因大小和方向相同而形成合力與發動機二級往復慣性力相抵 消，從而達到發動機的平衡，以此降低發動機的振動和由振動引起的發動機的噪聲，改 善了駕駛員工作的舒適性、增強了各零部件的可靠耐久性。本實用新型是一款帶有雙軸平衡機構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。本實用新型所描述的柴油機，並不局限於上述實施方式，可廣泛用於大、中功 率輪式拖拉機，中、小型工程機械及收穫機械等機械產品的配套動力。
權利要求1. 一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，包括氣缸體(4)、氣缸蓋(12)、活 塞連杆機構(6)、配氣系統(11)、平衡裝置(7)、組合式電控單體泵(3)、曲軸飛輪總成 (8)、水泵風扇總成(2)、廢氣渦輪增壓器(9)、空氣濾清器(10)、齒輪室(5)、油底殼 (14)、進氣管⑴、排氣管(15)、飛輪殼(16)組成；其特徵在於氣缸蓋(12)安裝在氣 缸體(4)的頂面，活塞連杆機構(6)和曲軸飛輪總成(8)安裝在氣缸體(4)的內部，雙軸 平衡裝置(7)位於油底殼(14)內，同油底殼(14) 一起安裝在氣缸體(4)的下平面，進氣 管(1)和排氣管(15)分別安裝在氣缸蓋(12)的左、右兩側，配氣機構(11)安裝在氣缸 蓋(12)的上部，空氣濾清器(10)安裝在進氣管(1)的上面，廢氣渦輪增壓器(9)安裝在 排氣管(15)的上面，水泵風扇總成(2)安裝在氣缸體(4)的前端，齒輪室(5)安裝在氣 缸體(4)的前端，飛輪殼(16)安裝在氣缸體(4)的後端，組合式電控單體泵(3)安裝在 齒輪室(5)的後端面，柴油機的缸徑為102 105mm，衝程為108 120mm，缸心距為 127mm。
2.根據權利要求1所述的低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，其特徵在於 組合式電控單體泵及其供油系統包括電控組合單體泵(3)、曲軸轉速傳感器(13)、水溫 傳感器(17)、電子踏板(19)、進氣溫度壓力傳感器(21)、高速電磁閥(22)、燃油溫度壓 力傳感器(23)、噴油泵凸輪軸轉速傳感器(24)、線束(25)、電控單元(26)、高壓油管 (18)和噴油器(20)；噴油泵齒輪輪轂(29)安裝在電控組合單體泵(3)驅動凸輪軸的前 端，由鎖緊螺母(30)鎖緊，四個MlO的螺栓將噴油泵齒輪(28)與噴油泵齒輪輪轂(29) 固定，電控組合單體泵前端的連接法蘭(27)安裝在齒輪室(5)的後端面。
3.根據權利要求1所述的低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，其特徵在於 電控組合單體泵(3)安裝在發動機一側，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 = 117士3mm，垂直方向D = 200士3mm，安裝角Y = 20° 士5°。
4.根據權利要求1所述的低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，其特徵在 於採用P系列多孔小孔徑、低慣量噴油器(20)，噴油器(20)水平安裝角度α = 15° 士 1°，垂直安裝角度β = V 士 1°，氣缸蓋(12)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士0.3mm，垂直方向F = 6.7士0.3mm。
5.根據權利要求1所述的低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，其特徵在於 雙軸平衡機構(7)安裝在油底殼(14)內，固定在發動機機體(4)的底面，採用空心定位 銷定位，強力螺栓固定；兩平衡軸對稱安裝在平衡軸座上，並安裝有止推軸承；平衡軸 和軸承之間採用壓力油潤滑，兩平衡軸都安裝有防攪油的輕質半軸，兩平衡軸通過平衡 軸蓋和強力螺栓固定在平衡軸座上，兩者之間由空心定位銷定位。
專利摘要一種低排放四缸電控柴油機及其雙軸平衡機構，主要由氣缸體、氣缸蓋、活塞連杆機構、配氣系統、燃燒系統、潤滑系統、冷卻系統、齒輪傳動系統、組合式電控單體泵供油系統、雙軸平衡機構、電控系統等組成。高壓噴射的組合式電控單體泵，能夠精確控制噴油時刻和供油量，並提供更高的噴油壓力和燃油霧化。同時對配氣系統、進氣系統、燃燒系統等進行優化設計，更好地配合高壓噴射系統，改善燃燒室內油氣混合的質量，降低有害廢氣排放物的生成，使排放指標滿足非道路歐IIIA的排放標準要求。採用雙軸平衡機構，能夠消除四衝程四缸機二級往復慣性力引起的發動機的振動和噪聲，從而使柴油機具有高功率、高可靠性、低油耗、低排放、低振動、低噪聲的特點。
文檔編號F02B75/06GK201794696SQ20092027676
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者何聰, 常金星, 沈天宇, 王治中, 王鵬, 董偉, 賈燕波, 趙洪學, 鄭紅, 郭健, 陳志 , 韋明慧, 魏朋璽, 黃新芳 申請人:中國一拖集團有限公司