CN103321803B - 一种电控喷射型立式单缸柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电控喷射型立式单缸柴油机，主要包括气缸盖总成、气缸体总成、配气机构、运动系统、燃油供给系统、燃烧系统与燃油系统、润滑系统、冷却系统，数字控制系统，还包括通过控制喷射量、喷射时间，从而控制总功率输出的电控系统等。本发明的电控喷射型立式单缸柴油机设计合理，机构紧凑，整机运转平稳、震动小、噪声低；同时，该机型采用电控系统对单缸柴油机的燃油喷射系统进一步升级，能降低燃油消耗和尾气排放，有利于环保节能。

Description

一种电控喷射型立式单缸柴油机

技术领域

本发明涉及一种电控喷射型立式单缸柴油机。

背景技术

柴油机是一种常用的动力机械，而单缸柴油机则是适合于农用的小型动力机，它占有了较大的市场份额，单缸柴油机在性能价格上极具优点，适用面广泛，可用于手扶、四轮拖拉机，小型运输车辆等，同时，其价格低廉，保养维修方便。目前，国内外市场的电控喷射单缸柴油机产品还处于空白，一些发动机企业也是处于研发阶段。虽然目前多缸柴油机已经基本采用了电子控制燃油喷射系统，但是大量单缸柴油机则仍然使用机械控制燃油喷射系统，单缸柴油机的燃油喷射系统升级对进一步减少燃油消耗和污染物排放具有重要意义，因此，节能环保型的电控喷射单缸柴油机的开发，对柴油机行业的发展，对我国工业、农业、变通运输和国防建设以及人民生活都有十分重大的影响。目前，我国现有的机械式单缸柴油机大多数为第一代柴油机，由于其自身机械式的限制，其整体技术水平要落后国外先进国家十年左右，尤其是在产品可靠性、尾气排放这两个主要的性能指标方面与国外同类产品相比存在着很大的差距。目前，国内外市场的电控喷射单缸柴油机产品还处于空白，本项目研发既配合国家节能减排的宏观政策导向，又是企业自身持续创新发展采取分步走的战略规划，促进行业产品结构升级与转型的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服机械式单缸柴油机现有技术的不足，提供一种采用电控喷射的立式单缸柴油机，提高产品可靠性，降低排放，从而达到提高效率、清洁排放、经济节能的目的。

本发明的发明目的是这样实现的：一种电控喷射型立式单缸柴油机，包括气缸盖总成、气缸体总成、配气机构、运动系统、燃油供给系统、燃烧系统与燃油系统、润滑系统、冷却系统，数字控制系统，

所述气缸盖总成包括气缸盖、缸盖气道，气缸体总成包括气缸体；

所述配气机构包括凸轮轴、油泵凸轮、进气凸轮、排气凸轮、正时齿轮；

所述运动系统包括活塞连杆机构、曲轴、飞轮；

所述活塞连杆机构将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动；

所述燃油供给系统是通过高压油管与P型喷油器联接，由喷油泵将燃油通过高压油管输送给喷油器，及燃油由低压到高压的输送，以及回油接收；主要包括燃油箱、输油泵、滤油器、喷油泵、P型喷油器；

所述回油阀是在电控单体泵的油压过高的时候，通过回油阀将电控单体泵的部分油泻出，回到油箱内。

还包括通过控制喷射量、喷射时间，从而控制总功率输出的电控系统；所述电控喷射系统包括传感器、ECU系统总成及电控单体泵总成；

所述ECU系统总成连接传感器、电控单体泵、喷油器；所述ECU系统总成还连接油门踏板。

所述喷油泵是电控单体泵，所述电控单体泵由进油管提供燃油，所述电控单体泵上的回油电磁阀由ECU系统总成控制，使得电控单体泵定时和定量地喷射燃油。

所述喷油器采用P型喷油器，所述P型喷油器通过高压油管连接所述电控单体泵。

所述回油阀是在电控单体泵的油压过高的时候，通过回油阀将电控单体泵的部分油泻出，回到油箱内。

所述传感器包括水温传感器、速度传感器、进气压力传感器及凸轮轴位置传感器。

所述飞轮上圆周开有感应孔，所述速度传感器与所述感应孔的间隙是0.5～1mm。

所述冷却系统包括水箱，在所述水箱的出水管处安装有水温传感器，所述凸轮轴上安装有凸轮轴位置传感器，所述空气滤清器上安装有进气压力传感器。

活塞设有缩口，且其剖面形状呈“ω”型。

所述缸盖气道采用螺旋气道，使得喷油器安装孔远离缸盖排气道，靠近缸盖进气道。

还包括传感器支架，所述速度传感器固定在传感器支架上。

本发明与现有技术的立式单缸柴油机相比，具有以下优点：

1：使用燃油电控喷射系统后，与传统的机械式柴油机相比，取消了原来机械的调速方式，因此，整机的稳定性更好，速度的波动很小，约为±3r/min，而传动的机械调速方式，速度的波动约±15～±20r/min；

2：电控单体泵的泵端压力提高后；电控喷射型立式单缸柴油机供油凸轮型线保证了位移、速度和加速度基本达到理论设计要求；与此两个系统：ECU控制系统和电控单体泵相配套。整机性能指标达到第二代高效单缸柴油机标准要求，特别是环保指标非常突出。

3：电控喷射型立式单缸柴油机与同缸径的立式单缸柴油机对比，以110mm缸径柴油机为例，突出亮点有：

a)功率提高约5%；

b)燃油消耗率降低约8%；

c)排放在现有国II基础上提升一代,接近或达到美国EPA第三阶段要求；

d)比质量由10.5Kg/Kw减少到9.5Kg/Kw。

附图说明

图1为本发明电控喷射型立式单缸柴油机的结构示意图。

图2为图1所示的电控喷射型立式单缸柴油机侧视图。

图3为电控喷射燃油系统简图。

图4为缸盖的气道简图（横向剖视图）。

图5为缸盖的气道简图（纵向剖视图）。

图6为活塞燃烧室与P型喷油器相对位置示意图。

图7为本发明单体泵与供油凸轮连接结构剖视图。

图8为本发明配气机构结构剖视图（纵向剖视图）。

图9为本发明配气机构结构剖视图（横向剖视图）。

说明书附图中，各标号表示如下：ECU系统总成1低压输油泵2电控单体泵4回油阀5进油管6喷油器安装孔7缸盖8缸盖进气道9缸盖排气道10高压油管11P型喷油器12缸盖三角区13水箱14下水管15水温传感器16速度传感器17感应孔18飞轮19ECU开关20油门踏板21电池22活塞24进气压力传感器25空气滤清器26泄油阀28过渡套29滚轮体30滚轮31油泵凸轮32凸轮轴36凸轮轴位置传感器37正时齿轮38排气凸轮39进气凸轮40。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

根据图1—7所示，本发明的电控喷射型立式单缸柴油机，主要包括气缸盖总成、气缸体总成、配气机构、运动系统、燃油供给系统、燃烧系统与燃油系统、润滑系统、冷却系统，数字控制系统。

1）所述气缸盖总成及气缸体总成主要零件包括气缸盖、缸盖气道、气缸体；

2）所述配气机构主要零件包括凸轮轴、油泵凸轮、进气凸轮、排气凸轮、正时齿轮；

3）所述运动系统包括活塞连杆机构、曲轴、飞轮；

4）所述活塞连杆机构是将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动；

5）所述燃油供给系统是通过高压油管与P型喷油器联接，由喷油泵将燃油通过高压油管输送给喷油器，及燃油由低压到高压的输送，以及回油接收；主要包括燃油箱、输油泵、滤油器、喷油泵、P型喷油器；

6）所述回油阀是在电控单体泵的油压过高的时候，通过回油阀将电控单体泵的部分油泻出，回到油箱内。

7）还包括通过控制喷射量、喷射时间，从而控制总功率输出的电控系统；所述电控喷射系统包括传感器、ECU系统总成及电控单体泵总成；

8）所述ECU系统总成连接所述传感器、电控单体泵、喷油器；所述ECU系统总成还连接油门踏板。

其中喷油泵采用电控单体泵4。电控喷射系统通过控制燃油喷射量、喷射时刻，控制发动机的功率输出。电控系统以ECU系统总成1作为电控喷射单缸柴油机的控制中心，连接着水温传感器16、速度传感器17、进气压力传感器25、凸轮轴位置传感器37、油门踏板21及电控单体泵4（具体见图3）。新式的电控单体泵技术，以及与单体泵匹配的喷油器油嘴偶件的设计开发、与立式单缸柴油机匹配的ECU系统集成研发，使得在单缸柴油机上实现电控喷射技术，减少燃油消耗和尾气排放。

参见图1-3，ECU系统总成1作为电控喷射单缸柴油机的控制中心，连接着水温传感器16、速度传感器17、进气压力传感器25、凸轮轴位置传感器37、油门踏板21、电控单体泵4、ECU开关20、电池22，ECU系统总成1需要直流电源起动。驾驶员通过油门踏板21，将所需要的速度指令传输到ECU系统总成1内，然后根据内部的控制逻辑计算出发动机需要的喷油量和喷油时刻，并精确的控制电控单体泵实现燃油喷射。而ECU系统总成1能够实时的根据发动机上水温传感器16、转速传感器17、进气压力传感器25及凸轮轴位置传感器37的输入确定发动机的工作状态。电控喷射单缸柴油机在飞轮19上圆周开有感应孔18，速度传感器17固定在传感器支架上，并与ECU系统总成1连接。传感器与飞轮19上的感应孔有0.5～1mm的间隙，速度传感器17通过飞轮19的转动接收到速度信号，然后将信号传输给ECU系统总成1。水箱14的下水管15处安装有水温传感器16，水温传感器16与ECU系统总成1连接。ECU系统总成1内设置有水温、进气压力机凸轮轴位置转角等与柴油机功率的关系参数。传感器将信号传输给ECU系统总成1，ECU系统总成1根据传感器信号对发动机进行实时监控。电控单体泵4与ECU系统总成1及高压油管11连接，并通过过渡套29固定在柴油机的机体上。空气滤清器26上安装有进气压力传感器25。滚轮31与油泵凸轮32相邻，滚轮31位于滚轮体30的一端，滚轮体30的另一端是过渡套29，在过渡套29上装有泄油阀28。

参见图4、图5，缸盖8的气道采用螺旋气道，使得喷油器安装孔7位置形成独特“缸盖三角区13”，远离高温区—缸盖排气道10，靠近缸盖进气道9。从而降低喷油器的温度。

参见图6，燃烧系统与燃油系统优化匹配设计技术：在缸盖8内，特有径深比的缩口“ω”型直喷式燃烧室活塞24与合理的P型喷油器12安装角度。保证了燃烧的充分。

参见图7-9，凸轮轴35上安装有正时齿轮38、供油凸轮32、排气凸轮39及进气凸轮40；供油凸轮16与电控单体泵4的滚轮31接触，供油凸轮16的型线保证了位移、速度和加速度基本达到理论设计要求。高压油管11与P型喷油器12连接。喷油器采用P型喷油器12，P系列喷油器的针阀惯量小，落座迅速，对改善颗粒排放有好处；并对降低直喷柴油机噪声和NOx有一定的效果。

电控单体泵4由进油管6和回油阀5提供燃油，并通过回油电磁阀的开与闭实现喷油的定时和定量；从而可以精确控制供油量。根据发动机功率、转速要求及油耗指标，计算喷油泵最大循环供油量（/循环）。公式如下：

式中g—喷油泵每缸每循环供油量/循环；

—燃油消耗率[g/kW·h]；

Ne—柴油机功率kW；

N—柴油机转速r/min；

i—气缸数；

Z—冲程系数；四冲程时，Z=1/2；

ρ—燃油密度g/。

电控单体泵4的燃油喷射过程如下：柴油从燃油箱出来后，经过低压输油泵2对柴油初步加压，然后由电控单体泵正式加压，再由ECU系统总成1控制单体泵中的电磁阀的动作时刻和通电时间的长短，来完成对喷油时刻和喷油量的精确控制。燃油的加压和喷射都是由电控单体泵4来完成的。

电控系统由传感器、ECU系统总成1和执行机构等三部分组成。传感器是电控喷射单缸柴油机的“触角”和“耳目”。传感器的功用是随时检测柴油机的各主要装置工况的变化，并实时向电控单元ECU传递相应的电信号。电控喷射单缸柴油机各项性能的发挥，在很大程度上依赖传感器的正常工作。传感器至少包括水温传感器16、速度传感器17、进气压力传感器25及凸轮轴位置传感器37。凸轮轴位置传感器37安装在凸轮轴36上。电子控制单元ECU系统总成1俗称微电脑，它是电子控制系统的神经中枢。它的外观是一个金属盒，盒子可以打开，内部有印刷电路板，上面有各种电路芯片，电子元件，单片微型计算机等。ECU系统总成1通过检测柴油机的转速及水温传感器的信息，以此为基础，实现对柴油机的精确控制，以满足各种工况的需要。执行机构执行电子控制单元ECU发出的指令，做出某种具体动作的部件，例如电动输油泵2输出燃油、P型喷油器12燃油喷射时刻等。ECU系统总成1接收到速度传感器16、水温传感器17进气压力传感器25及凸轮轴位置传感器37等检测到的实时工况信息，再根据ECU内部预先设置和存储的控制程序和参数或图谱，经过数据计算和逻辑判断，确定适合柴油机当时工况的控制参数，并将这些参数转变为电信号，输送给相应的执行器，执行器根据ECU的指令，灵活控制喷油器7电磁阀开闭的时刻或开关的开和闭，使气缸的燃烧过程适应柴油机的各种工况变化的需要，从而达到最大限度的提高柴油机的输出功率，降低燃油耗和减少排放的目的。

本发明的电控喷射型立式单缸柴油机还设置有安全保护装置，一旦传感器检测到某些参数或状态超出了电子控制单元ECU设定的的范围，电子控制单元ECU会存储故障信息，并且点亮仪表盘上的指示灯向操作人员报警，必要时通过电磁阀的自动切断油路，减小柴油机的输出功率或者认为的通过ECU控制开关，停止发动机运转，以保护柴油机不受严重损坏。

Claims (7)

1.一种电控喷射型立式单缸柴油机，包括气缸盖总成、气缸体总成、配气机构、运动系统、燃油供给系统、燃烧系统与燃油系统、润滑系统、冷却系统，数字控制系统，其特征在于：

所述气缸盖总成包括气缸盖、缸盖气道，气缸体总成包括气缸体；

所述配气机构包括凸轮轴、油泵凸轮、进气凸轮、排气凸轮、正时齿轮；

所述运动系统包括活塞连杆机构、曲轴、飞轮；

所述活塞连杆机构将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动；

所述燃油供给系统是通过高压油管与P型喷油器联接，由喷油泵将燃油通过高压油管输送给喷油器，及燃油由低压到高压的输送，以及回油接收；主要包括燃油箱、输油泵、滤油器、喷油泵、P型喷油器；

还包括回油阀，所述回油阀是在电控单体泵的油压过高的时候，通过回油阀将电控单体泵的部分油泻出，回到油箱内；

还包括通过控制喷射量、喷射时间，从而控制总功率输出的电控喷射系统；所述电控喷射系统包括传感器、ECU系统总成及电控单体泵总成；

所述ECU系统总成连接传感器、电控单体泵、喷油器；所述ECU系统总成还连接油门踏板；所述喷油泵是电控单体泵，所述电控单体泵由进油管提供燃油，所述电控单体泵上的回油电磁阀由ECU系统总成控制，使得电控单体泵定时和定量地喷射燃油，燃油的加压和喷射都是由电控单体泵来完成的。

2.根据权利要求1所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：所述传感器包括水温传感器、速度传感器、进气压力传感器及凸轮轴位置传感器。

3.根据权利要求2所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：所述飞轮上圆周开有感应孔，所述速度传感器与所述感应孔的间隙是0.5～1mm。

4.根据权利要求3所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：所述冷却系统包括水箱，在所述水箱的出水管处安装有水温传感器，所述凸轮轴上安装有凸轮轴位置传感器。

5.根据权利要求4所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：活塞设有缩口，且其剖面形状呈“ω”型。

6.根据权利要求5所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：所述缸盖气道采用螺旋气道，使得喷油器安装孔远离缸盖排气道，靠近缸盖进气道。

7.根据权利要求6所述的电控喷射型立式单缸柴油机，其特征在于：还包括传感器支架，所述速度传感器固定在传感器支架上。