CN100590300C - 防反转着火的单缸柴油机和单缸柴油机防反转着火方法 - Google Patents

Abstract

一种防反转着火的单缸柴油机，它包括凸轮轴主体(3’)、油泵凸轮(8’)、进气凸轮(9’)、排气凸轮(10’)；凸轮轴主体(3’)上的油泵凸轮(8’)驱动高压油泵，通过喷油器向气缸内喷入高压燃油；凸轮轴主体(3’)上的进气凸轮(9’)驱动进气挺柱体(4’)，带动进气推杆(5’)，驱动气门摇臂来驱动进气门及时打开与关闭；凸轮轴主体(3’)上的排气凸轮(10’)驱动排气挺柱体(7’)，带动排气推杆(6’)，驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开与关闭；其特征在于当柴油机反转至喷油状态时，柴油机的进、排气门任意之一处于开启状态。

Description

防反转着火的单缸柴油机和单缸柴油机防反转着火方法

所属技术领域：

本发明新涉及一种单缸柴油机，特别涉及一种防反转着火的单缸柴油机和单缸柴油机防反转着火的方法。

背景技术：

通常的单缸四冲程柴油机，通过气缸内活塞的上下运动方向和起、止位置(也称之为上止点和下止点)构成不同的冲程，四个冲程组成一个工作循环，即依次由进气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程组成一个完整连续的工作循环。由柴油机正时齿轮的强制传动关系，当活塞运动时，通过活塞、活塞销、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门构成的传动链，使进气门、排气门严格按照一定的规律或相位开启和关闭，实现进气、压缩、喷油、燃烧做功和排气等过程。由于单缸柴油机的喷油凸轮一般是与进、排气凸轮在同一凸轮轴上的，喷油过程也严格按照相位是由凸轮轴总成上的喷油凸轮驱动喷油泵、喷油器来完成的。

进气冲程中，曲轴带动连杆通过活塞销把活塞由上止点向下拉，此时，通过柴油机正时齿轮传动作用，曲轴带动凸轮轴以2∶1的速比转动。进气冲程时，进气门通过凸轮轴上带有的进气凸轮驱动挺柱体，带动推杆，通过进气门摇臂打开进气门，由于活塞向下运动形成较大的负压空间，新鲜的空气通过进气道流过打开的进气门进入气缸，即完成进气冲程。

当活塞下行到下止点后，活塞开始向上压缩进入气缸的新鲜空气。此时进气门和排气门同时闭合，活塞压缩进入气缸的新鲜空气至上止点，完成压缩冲程。在活塞接近上止点时，凸轮轴上的高压油泵凸轮驱动高压燃油泵，通过高压油管和喷油器，向气缸内喷入高压雾化的燃油，由于在压缩行程终了时，气缸内已形成高压高温的空气的环境，此时高压雾化燃油因高温和富氧的空气自燃着火，推动活塞下行，形成作功冲程。

在活塞接近下止点时，高压高温的燃气作功基本完成，此时凸轮轴上的排气凸轮，驱动挺柱体、推杆和排气门摇臂及时打开排气门，随着活塞上行的推动，较高压力和高温的废气流过排气门，通过排气道排气管和消声器进入大气形成一个排气冲程。以上所述为单缸四冲程柴油机的一个完整的工作循环。

由于这是一项传统的技术，人们在操作上十分熟练方便，随着柴油发动机缸径的扩大和人们手摇起动力量和技术的区别，在起动柴油机时，及在压缩冲程时由于活塞上行压缩进入气缸的新鲜空气，消耗了大量的功，起动人员由于体力消耗大或技术不当，导致活塞不能冲过上止点，形成的高压空气把未冲过上止点的活塞快速向下推动。导致柴油机反向运动，并在反向运转过程中，经历反向的进气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程可能并着火并反向工作。此时起动人员不能及时松开或退出起动摇手把，而反向运转着火的柴油机带动起动摇手把打伤手臂或其他部位，甚至会打伤柴油机旁边的人员，造成安全事故。这样频繁的伤人事故在国内屡见不鲜。

发明内容：

针对现有单缸柴油机凸轮轴技术，在手摇起动时，因反向运转易伤人的缺陷，我们改进了高压油泵凸轮型线以及其与进排气凸轮相位夹角的匹配，即在柴油机反向运转时，我们通过改进高压油泵凸轮型线，当高压油泵反向转动通过喷油器向气缸内喷油的同时，我们让进气门或排气门处于打开的状态。这样喷入气缸内的雾化燃油就缺乏高温富氧的压缩空气，无法自燃着火。因此我们改进了高压油泵凸轮型线使能有效的杜绝因柴油机在反向运转时着火而反向工作的可能性。

本发明提供一种防反转着火的单缸柴油机，它包括凸轮轴主体、油泵凸轮、进气凸轮、排气凸轮；凸轮轴主体上的油泵凸轮驱动高压油泵，通过喷油器向气缸内喷入高压燃油；凸轮轴主体上的进气凸轮驱动进气挺柱体，带动进气推杆，驱动气门摇臂来驱动进气门及时打开与关闭；凸轮轴主体上的排气凸轮驱动排气挺柱体，带动排气推杆，驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开与关闭；其中当柴油机反转至喷油状态时，柴油机的进、排气门任意之一处于开启状态。

在高压油泵凸轮驱动高压油泵挺柱体，推动油泵柱塞通过喷油器向气缸内喷入高压燃油时，此时排气门在柴油机反向运转时充当进气门，已处于完全打开的状态，气缸内压力略高于大气压，气缸内不能形成高压高温的富氧压缩空气，这样喷入气缸内的高压燃油就不能产生压燃着火。

本发明还提供一种单缸柴油机防反转着火的方法，当柴油机反转至喷油状态时，柴油机的进、排气门任意之一处于开启状态。

本发明单缸柴油机防反转着火的方法是当柴油机反向工作时，所述的高压油泵凸轮于升程段驱动高压油泵通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，供油结束时刻，将所述的进、排气挺柱体任意之一处于升程段。

本发明单缸柴油机防反转着火的方法，还将油泵凸轮达到最高升程段后最大基圆段的相位角加大至临近内基圆段临界点。

当柴油机反向运转时无法着火，所以柴油机飞轮在反向转动半圈时及可以自动停止转动，不能着火工作。这样在咬合起动爪上的起动摇把就不能对正在起动的人员因柴油机反转着火形成的高转动速度打伤起动人员的手臂或旁边的非操作人员。

由于本发明中对高压油泵凸轮的型线进行改进以及高压油泵凸轮与进排气凸轮的相位夹角优化，对原柴油机的任何尺寸和相关装配接口及要求一致，这样就有可能对原柴油机凸轮轴技术改进提供了可能，可以很容易的实现批量或全部更换而不影响其它零件的装配和整机性能，这样的发明对操作人员的安全有了保障，同时保证柴油机成本也不增加。

附图说明：

图1A、1B为现有技术中的单缸柴油机油泵凸轮与进排气凸轮形状及相位夹角示意图，其中图1B为图1A的侧视图；

图2为现有技术中单缸柴油机凸轮轴部件驱动示意图；

图3为现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图；

图4为现有技术中单缸柴油机反向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图；

图5A、5B为本发明为的单缸柴油机油泵凸轮与进排气凸轮形状及相位夹角示意图，其中图5B为图5A的侧视图；

图6为本发明的单缸柴油机凸轮轴部件驱动示意图；

图7A为本发明单缸柴油机的油泵凸轮与现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮相位对比示意图；

图7B为本发明单缸柴油机的油泵凸轮与现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮相位展开对比示意图；

图8为本发明的带有防反转着火的单缸柴油机正向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图；

图9为本发明的带有防反转着火的单缸柴油机反向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图。

其中附图标记表示如下：

在现有技术附图中所使用附图标记如下：

1、凸轮轴齿轮；2、平键；3、凸轮轴；4、进气挺柱体；5、进气推杆；6、排气推杆；7、排气挺柱体；8、高压油泵凸轮；9、进气凸轮；10、排气凸轮；11、油泵挺柱体；12、油泵柱塞。

为了以示区别，本发明附图中所使用附图标记如下：

1′、凸轮轴齿轮  2′、平键  3′、凸轮轴  4′、进气挺柱体  5′、进气推杆  6′、排气推杆  7′、排气挺柱体  8′、高压油泵凸轮  9′、进气凸轮  10′、排气凸轮  11′、油泵挺柱体  12′、油泵柱塞

具体实施方式

如图1A、1B、2所示，图1A、1B为现有技术中的单缸柴油机油泵凸轮与进排气凸轮形状及相位夹角示意图，其中图1B为图1A的侧视图，图2为现有技术中单缸柴油机凸轮轴部件驱动示意图。该凸轮轴总成包括有凸轮轴3、油泵凸轮8、凸轮轴齿轮1、进气凸轮9、排气凸轮10。通过图1A、图1B所示的夹角相位，保证喷油与进排气相配合，实现单缸柴油机进气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程，即完成一个完整连续的工作循环。

如图2所示，图2为现有技术中单缸柴油机凸轮轴部件驱动示意图。当柴油机正常工作时，由曲轴正时齿轮作为主动力驱动凸轮轴齿轮1，通过平键2带动凸轮轴3工作，当凸轮轴3正常工作时，由高压油泵凸轮8驱动高压油泵挺柱体11，推动油泵柱塞12，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，由进气凸轮9驱动进气挺柱体4，带动进气推杆5，驱动气门摇臂来驱动进气门及时打开与关闭。由排气凸轮10驱动排气挺柱体7，带动排气推杆6，驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开与关闭。

如图3和1B所示，图3示出了现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位图，而图1B示出现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮与进、排气凸轮形状及相位夹角，结合图3和1B所示，在进气过程结束并由活塞压缩接近上死点时，在X到Y段，高压油泵凸轮8驱动高压油泵挺柱体11，推动油泵柱塞12，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油。由于进、排气门此时关闭，压缩产生了高温富氧的压缩空气使喷入气缸的燃油自燃着火，柴油机正常运转做功，后通过排气凸轮10，驱动排气挺柱体7，带动排气推杆6，驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开排气门，排出废气，再由进气凸轮9驱动进气挺柱体4，带动进气推杆5，驱动气门摇臂来驱动进气门及时打开进气门吸人新鲜空气。从而形成一个完整的工作循环。

当操作人员由于起动力量小或技术不好造成柴油机反向运转时，如图2所示，原来的进气门将被充当成排气门，原来的排气门充当成进气门，高压油泵凸轮8的升程段变为回程段，原来回程段变为高压油泵凸轮8升程段，在柴油机反向运转时，高压油泵凸轮原回程段转变成升程段，如图4和图1B所示，图4示出了现有技术中单缸柴油机反向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位图，而图1B示出了现有技术中的单缸柴油机油泵凸轮与进排气凸轮形状及相位夹角图。由于高压油泵凸轮8在X′到Y′段驱动高压油泵挺柱体11，推动油泵柱塞12，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，而进、排气门此时处于接近即将关闭状态，活塞通过压缩新鲜空气产生高温富氧的压缩空气，使喷入气缸的高压燃油自燃着火，并做功。这样就会导致柴油机反向转动时能够正常运转着火。在柴油机反向运转时，由于摇把不能和起动爪脱开，高速运动的摇把很容易打伤起动人员和旁边的操作人员。

本发明通过对高压油泵凸轮8′进行了重新设计。本发明通过对油泵凸轮8’重新设计，如图5A、5B和图6所示，图5A示出了本发明单缸柴油机凸轮轴结构，图6为本发明的单缸柴油机凸轮轴部件驱动示意图。该凸轮轴总成包括有凸轮轴3’、油泵凸轮8’、凸轮轴齿轮1’、进气凸轮9’、排气凸轮10’，其中凸轮轴齿轮1’通过平键2’与凸轮轴3’相连，而油泵凸轮8’、进气凸轮9’、排气凸轮10’与凸轮轴3’连为一体。

如图6所示，图6示出了单缸柴油机凸轮轴部件驱动方式。当柴油机正常工作时，由曲轴正时齿轮作为主动力驱动凸轮轴齿轮1’，凸轮轴齿轮1’再通过平键2’带动凸轮轴3’旋转。当凸轮轴3’正常工作时，凸轮轴3’上的油泵凸轮8’驱动高压油泵，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，由凸轮轴3’上的进气凸轮9’驱动进气挺柱体4’，带动进气推杆5’，从而驱动气门摇臂来驱动进气门及时打开与关闭。由凸轮轴3’上的排气凸轮10’驱动排气挺柱体7’，带动排气推杆6’，从而驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开与关闭。其中高压油泵的挺柱体与油泵凸轮8’接触副可以为双圆弧接触副，即高压油泵挺柱体底端为弧形面，也可以为圆弧-平底接触副，即高压油泵的挺柱体底端为水平画。本发明的油泵凸轮8’的升程型线被重新设计，其油泵凸轮的宽度在8～16毫米之间，油泵凸轮8’的外径尺寸应包括在φ30～φ80毫米之间。油泵凸轮最大外圆半径与油泵凸轮最小外圆半径差为6～14毫米，从而确保高压油泵的挺柱体的直线升程在6～14毫米之间。

本发明油泵凸轮8’的形状发生很大变化。我们把油泵凸轮8’达到最高升程段后基圆段的相位角加大。如图7A、图7B所示，图7A为本发明单缸柴油机的油泵凸轮与现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮相位对比示意图，而图7B为本发明单缸柴油机的油泵凸轮与现有技术中单缸柴油机的油泵凸轮相位展开对比示意图。高压油泵凸轮8′的形状发生很大变化。图中所示的c点为高压油泵凸轮8′内基圆段终点，c到d段为高压油泵凸轮8′的切线上升段，在c到d段之间有X到Y段为高压油泵凸轮8′驱动高压油泵挺柱体11′，推动油泵柱塞12′，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油的区间。d到e段为外基圆段(或称之为最大外圆段)，此段高压油泵凸轮8′的升程保持最大不变，e到f段为高压油泵凸轮8′的回程段，此时高压油泵凸轮8′的升程下降，其驱动的高压油泵柱塞12′在高压油泵弹簧作用下，下降吸入柴油。f到c段为内基圆段(或称之为最小内圆段)，在此内基圆段，高压油泵凸轮8′的升程保持最小值0不变。对比现有技术的高压油泵凸轮8，图中所示的c点为高压油泵凸轮8内基圆段终点，c到d段为高压油泵凸轮8的切线上升段，在c到d段之间有X到Y段为高压油泵凸轮8驱动高压油泵挺柱体11，推动油泵柱塞12，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油的区间。d到f段为高压油泵凸轮8的回程段，此时高压油泵凸轮8的升程下降，其驱动的高压油泵柱塞12在高压油泵弹簧作用下，下降吸入柴油。f到c段为内基圆段，此内基圆段高压油泵凸轮8的升程保持最小值0不变。我们可以清楚的发现，全新设计的高压油泵凸轮8′，在d到e段是一段外基圆段，此段高压油泵凸轮8′的升程保持最大不变，而现有技术的高压油泵凸轮8没有d到e的一段较大转角的外基圆段。因此在柴油机反向运转时，两种高压油泵凸轮8′和8就会表现出不同的性能，其分别驱动高压油泵挺柱体11′和11，推动油泵柱塞12′和12，在不同的相位角，并通过喷油器向气缸内喷入高压燃油。我们把高压油泵凸轮8′达到最高升程段后基圆段的相位转角加大到d到e段。

如图8所示，图8为本发明的带有防反转着火的单缸柴油机正向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图。在柴油机正常工作时，高压油泵凸轮8′的改进设计对柴油机工作毫不影响，这就保证了高压油泵凸轮8′的新设计对原有柴油机的正常工作性能不会产生影响。

如图9所示，图9为本发明的带有防反转着火的单缸柴油机反向运转时，油泵凸轮与进、排气凸轮驱动的挺柱体升程及相位示意图。在柴油机反向运转时，高压油泵在通过高压油泵凸轮8′的原回程段的作用下，驱动高压油泵挺柱体11′，推动油泵柱塞12′，即在X″到Y″段，通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，这时我们通过图9能清楚的发现，在高压油泵凸轮8′驱动高压油泵挺柱体11′，推动油泵柱塞12′通过喷油器向气缸内喷入高压燃油时，此时排气门在柴油机反向运转时充当进气门，已处于完全打开的状态，气缸内压力略高于大气压，气缸内不能形成高压高温的富氧压缩空气，这样喷入气缸内的高压燃油就不能产生自然着火。因为它缺少一个着火燃烧的必要条件，就是高温富氧的空气。如图9所示，柴油机在反向运转时不能形成着火燃烧，起动摇把就不会联在起动爪上高速反向转动，这样就能很好地保证了起动人员和旁边的操作人员的安全。

Claims (8)

1.一种防反转着火的单缸柴油机，它包括凸轮轴主体(3’)、高压油泵凸轮(8’)、进气凸轮(9’)、排气凸轮(10’)；凸轮轴主体(3’)上的高压油泵凸轮(8’)驱动高压油泵挺柱体(11’)，通过喷油器向气缸内喷入高压燃油；凸轮轴主体(3’)上的进气凸轮(9’)驱动进气挺柱体(4’)，带动进气推杆(5’)，驱动进气门摇臂来驱动进气门及时打开与关闭；凸轮轴主体(3’)上的排气凸轮(10’)驱动排气挺柱体(7’)，带动排气推杆(6’)，驱动排气门摇臂来驱动排气门及时打开与关闭；其特征在于当柴油机反转至喷油状态时，所述的高压油泵凸轮(8’)于升程段驱动高压油泵挺柱体通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，排气门处于开启状态，供油结束时刻，所述的排气挺柱体(7’)处于升程段。

2.如权利要求1所述的防反转着火的单缸柴油机，其特征在于所述的高压油泵凸轮(8’)与凸轮轴主体(3’)为一体的。

3.如权利要求1所述的防反转着火的单缸柴油机，其特征在于所述的高压油泵凸轮(8’)外套在凸轮轴主体(3’)上，通过键(2’)联接形成一体。

4.如权利要求1所述的防反转着火的单缸柴油机，其特征在于所述的高压油泵凸轮(8’)通过过盈装配套在凸轮轴主体(3’)上。

5.如权利要求1所述的防反转着火的单缸柴油机，其特征在于所述的进气凸轮(9’)、排气凸轮(10’)与凸轮轴主体(3’)是通过铸造或锻造形成整体。

6.如权利要求1或3所述的防反转着火的单缸柴油机，其特征在于所述的高压油泵凸轮(8’)的宽度在8～16毫米之间，外径尺寸在φ30～φ80毫米之间。

7.一种单缸柴油机防反转着火的方法，当柴油机反转至喷油状态时，高压油泵凸轮(8’)于升程段驱动高压油泵挺柱体通过喷油器向气缸内喷入高压燃油，排气门处于开启状态，供油结束时刻，将排气挺柱体(7’)处于升程段。

8.如权利要求7所述的单缸柴油机防反转着火的方法，将高压油泵凸轮(8’)达到最高升程段后最大基圆段的相位角加大至高压油泵凸轮(8′)的回程段临界点(e)，该回程段临界点(e)处于排气凸轮转角的下死点与上死点之间。

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