CN103437886A - 电控式高压单体泵单缸柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控式高压单体泵单缸柴油机，包括安装支架、固定在安装支架上的机体、设在机体内的润滑系统、燃油系统、电控系统以及曲柄连杆机构，机体左侧面连接有内设配气机构的气缸组件，机体上端设有燃油箱，包括曲轴齿轮在内的齿轮室安装在机体前端，安装在曲轴上的飞轮位于机体后端，所述的机体右侧面连接有平衡机构，飞轮与支撑曲轴的轴承座之间设有轴向调隙装置，位于气缸组件上方的机体上设有冷却系统。本发明克服了现有单缸柴油机重量大、油耗高、噪音高、排放差的缺点，具有油耗低、重量轻、功率足、噪声低、排放好、造型美观等优点。

Description

电控式高压单体泵单缸柴油机

技术领域

本发明涉及单缸柴油机技术领域，尤其是一种电控式高压单体泵单缸柴油机。

背景技术

目前单缸柴油机每年消耗的柴油量占全国年消耗量的50%左右，其排放指标绝大部分低于国Ⅰ水平，普遍存在油耗高、噪音大、质量重等缺陷，急需更新换代。随着日益严格的环保法规的颁布实施，节能与环保要求会进一步促进柴油机的技术进步。电控化技术的应用给单缸柴油机的改进指出了攻关方向。电控化技术能使柴油机的运行参数保持最佳值，柴油机的功率、油耗、排放达到最佳平衡，力求达到高性能、低油耗、少污染。同时目前的单缸柴油机在结构方面还存在一定的不足，如现在常用的双轴平衡机构，虽然平衡性较为理想，但其结构较为复杂，零件增加较多，而且双轴的安装位置都在机体中，机体为留出平衡轴安装位置使得机体整体尺寸加长，导致刚度变差和重量增加；冷却系统基本采用开放式蒸发冷却装置，这种冷却形式由于水分蒸发较快，因此耗水量大，需配置较大水箱，且需频繁补水，而且冷却水温较高，会导致发动机的进排气温度升高、机械变形不均匀；曲轴的轴向间隙调整也难以随曲轴所受轴向力的变化而随时调节，过大的轴向间隙给柴油机的平稳运转带来严重影响，轴承间隙过小,又会增大柴油机运转噪声，影响到轴承的使用寿命,所以必须确定合理的轴向间隙。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种电控式高压单体泵单缸柴油机，以实现柴油机运转的高性能、低油耗、少污染，具有良好的平衡效果和冷却效果，并能实时调节运转过程中曲轴之轴向间隙，降低运行噪声和振动，提高柴油机的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电控式高压单体泵单缸柴油机，包括安装支架、固定在安装支架上的机体、设在机体内的润滑系统、燃油系统、电控系统以及曲柄连杆机构，机体左侧面连接有内设配气机构的气缸组件，机体上端设有燃油箱，包括曲轴齿轮在内的齿轮室安装在机体前端，安装在曲轴上的飞轮位于机体后端，所述的机体右侧面连接有平衡机构，飞轮与支撑曲轴的轴承座之间设有轴向调隙装置，位于气缸组件上方的机体上设有冷却系统。

具体说，平衡机构：包括与机体连接的壳体，壳体内设有平行布置的上平衡轴和下平衡轴，上平衡轴伸出壳体外的端部安装有上平衡轴齿轮，下平衡轴伸出壳体外的端部安装有与上平衡轴齿轮相互啮合的下平衡轴齿轮，上平衡轴齿轮外侧的上平衡轴上设有与柴油机曲轴齿轮啮合传动而带动上平衡轴转动的驱动齿轮；

轴向调隙装置：安装在支撑曲轴的轴承座与固定在曲轴上的飞轮之间，飞轮具有朝向轴承座开口的内凹腔，所述内凹腔内嵌合安装有调隙环，调隙环外侧面与轴承座相接触，调隙环内侧面与内凹腔底面之间设有调隙弹簧，调隙弹簧截面为圆弧形，调隙环紧压在调隙弹簧的圆弧凸起的侧面上；

冷却系统：包括固定在机体上的冷却水箱和与冷却水箱管路连通的膨胀水箱，冷却水箱的侧面安装有向冷却水箱吹风的电动风扇，冷却水箱具有接入热水的进水管、排出冷却水的出水管，出水管连接有将冷却水送回气缸组件内的电动水泵，膨胀水箱安装在柴油机的空滤器上，膨胀水箱上方连接有空气蒸汽阀。

所述的电控系统包括内设有微处理器的控制器、用于控制燃油喷射的电磁阀、用于柴油机曲轴和凸轮轴位置采集的传感器以及连接电缆。

所述的燃油系统具有作为供油泵的电控单体泵，电控单体泵通过控制电磁阀的开启与关闭精确控制燃油喷射。

所述的润滑系统包括设在安装支架内兼作机油存放和散热的油底壳、机油泵，油底壳通向机油泵的油路上设有机油滤清器，机油泵出油口分别将润滑油通向电控单体泵、气缸组件以及机体内，电控单体泵、气缸组件以及机体的回油口均与油底壳连通。

进一步地。所述的平衡机构还包括安装在壳体上的上轴承座和下轴承座，上平衡轴一端支撑在上轴承座内，上平衡轴另一端支撑在壳体具有的支撑孔内并伸出壳体外，下平衡轴一端支撑在下轴承座内，下平衡轴另一端支撑在壳体具有的支撑孔内并伸出壳体外。

所述轴向调隙装置的调隙环外周具有一对中心对称设置的定位凸台，定位凸台与飞轮内凹腔具有的定位凹槽相配合而嵌合安装调隙环。

所述冷却系统的冷却水箱包括箱体、设在箱体上部的进水室和设在箱体下部的出水室，进水室和出水室之间设有水管和散热片，水管和散热片相间布置，电动风扇正对水管和散热片位置送风。

所述的膨胀水箱与进水室之间，分别连接有接受进水室内多余水量的溢流管、用于吸收进水室内部蒸汽的蒸汽管和回水管，膨胀水箱底部设有排水管。

所述的进水管上设有测量进水温度的温控传感器。

本发明的有益效果是：本发明克服了通常单缸柴油机的重量大、油耗高、噪音高、排放差的缺点，具有油耗低、重量轻、功率足、噪声低、排放好、造型美观等优点。燃油系统通过控制电磁阀的开启与关闭来灵活而精确地控制柴油机的燃油喷射；电控系统监视、管理整机的运行状态；冷却系统通过散热器和与散热器匹配的风扇相配合，较好地保证了整机在合适的温度范围内运转；平衡机构布置于机体之外，安装和拆卸简单方便快捷，机体结构更紧凑，轴向调隙装置能实时调节运转过程中曲轴之轴向间隙，降低运行噪声和振动，提高柴油机的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖视结构示意图。

图3是本发明所述平衡机构的结构示意图。

图4是本发明所述轴向调隙装置的结构示意图。

图5是本发明所述冷却系统的结构示意图。

图6是图5的俯视图。

图7是本发明所述润滑系统的原理框图。

图中1.机体  2.安装支架  3.曲柄连杆机构  4.气缸组件  5.配气机构6.燃油箱  7.平衡机构  70.壳体  71.上平衡轴  72.下平衡轴  73.上平衡轴齿轮  74.下平衡轴齿轮  75.驱动齿轮  76.上轴承座  77.下轴承座  8.轴向调隙装置  81.调隙环  811.定位凸台  82.调隙弹簧  9.冷却系统  90.冷却水箱  901.箱体  902.进水室  903.出水室  904.水管  905.散热片 91.膨胀水箱  911.溢流管  912.蒸汽管  913.回水管  92.电动风扇  93.进水管94.出水管  95.电动水泵  96.空气蒸汽阀  97.排水管  98.温控传感器10.空滤器  11.电控单体泵  12.油底壳  13.机油泵  14.机油滤清器 20.曲轴  30.飞轮  301.内凹腔  40.轴承座  50.电控系统

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图7所示的一种电控式高压单体泵单缸柴油机，包括安装支架2、固定在安装支架2上的机体1、设在机体1内的润滑系统、燃油系统、电控系统50以及曲柄连杆机构3，机体1左侧面连接有内设配气机构5的气缸组件4，机体1上端设有燃油箱6，包括曲轴齿轮在内的齿轮室安装在机体1前端，安装在曲轴20上的飞轮30位于机体1后端，所述的机体1右侧面连接有平衡机构7，飞轮30与支撑曲轴20的轴承座40之间设有轴向调隙装置8，位于气缸组件4上方的机体1上设有冷却系统9。

平衡机构7：包括与机体1连接的壳体70，壳体70内设有平行布置的上平衡轴71和下平衡轴72，壳体70后端分别安装有上轴承座76和下轴承座77，壳体70前端具有支撑孔，上平衡轴71一端支撑在上轴承座76内，上平衡轴71另一端支撑在壳体70的支撑孔内并伸出壳体70外，下平衡轴72一端支撑在下轴承座77内，下平衡轴72另一端支撑在壳体70的支撑孔内并伸出壳体70外，上平衡轴71伸出壳体70外的轴端部依次安装有上平衡轴齿轮73和驱动齿轮75，下平衡轴72伸出壳体70外的端部安装有下平衡轴齿轮74，上平衡轴齿轮73与下平衡轴齿轮74相互啮合传动，驱动齿轮75通过一个惰轮与柴油机曲轴齿轮啮合传动而带动上平衡轴73转动，实现力矩的传递。

轴向调隙装置8：安装在支撑曲轴20的轴承座40与固定在曲轴20轴端上的飞轮30之间，飞轮30具有朝向轴承座40开口的内凹腔301，所述内凹腔301内嵌合安装有调隙环81，调隙环81外周具有一对中心对称设置的定位凸台811，飞轮30内凹腔301具有的定位凹槽，定位凸台811配合卡入定位凹槽内而将调隙环81嵌合在内凹腔301内，调隙环81外侧面与轴承座40相接触，调隙环81内侧面与内凹腔301底面之间设有调隙弹簧82，调隙弹簧82采用合金材料制作，截面为圆弧形，调隙环81紧压在调隙弹簧82的圆弧凸起的侧面上。通过在轴承座40与飞轮30之间设置调隙环81和调隙弹簧82，可使曲轴20受到的轴向力变化通过调隙环81作用在调隙弹簧82上，调隙弹簧82随轴向力的变化产生弹性变形，从而达到调节曲轴20动态轴向间隙大小的目的，确保曲轴20的轴向间隙能始终处于合理的范围内。

冷却系统9：包括冷却水箱90和与冷却水箱90管路连通的膨胀水箱91，冷却水箱90的侧面安装有向冷却水箱90吹风的电动风扇92，冷却水箱90具有接入柴油机缸体内热水的进水管93、排出冷却水的出水管94，出水管94连接有将冷却水送回柴油机缸体内的电动水泵95，膨胀水箱91安装在柴油机的空滤器10上，膨胀水箱91上方连接有空气蒸汽阀96。

冷却水箱90包括箱体901、设在箱体901上部的进水室902和设在箱体901下部的出水室903，进水管93连通进水室902，出水管94连通出水室903，进水室902和出水室903之间设有垂直布置的水管904和散热片905，水管904两端分别与箱体901上下部固定连接，水管904和散热片905相间布置，电动风扇92正对水管904和散热片905位置送风。

在膨胀水箱91与进水室902之间，分别连接有接受进水室902内多余水量的溢流管911、用于吸收进水室902内部蒸汽的蒸汽管912和回水管913，膨胀水箱91底部设有排水管97。

为实时显示柴油机内部水温，所述的进水管93上设有测量进水温度的温控传感器98。

所述的电控系统50包括控制器、电磁阀、传感器以及连接电缆，控制器包含复杂的控制电路，是整个控制系统的核心，其核心组件为一片快速高效的8位微处理器。两个磁电式传感器安装在测速齿轮的边缘，用于柴油机曲轴20与凸轮轴位置的采集。多个设定转速的调节器可用于柴油机的转速设定。转速设定方式有三种：模拟式、数字式以及通过CAN总线或LIN总线通讯方式。开关量输入可以用来激活某一功能或者使其关闭，以及这些功能的开始与结束。控制器可通过其自带的CAN总线或LIN总线接口与外部的其他控制系统、对话单元、监控系统进行通讯连接。通过与这些部件的连接可以创建一个全新的监控系统，从而使整个控制系统更加完善。

所述的燃油系统采用电控单体泵11为供油泵，通过电控系统50对柴油机上各种传感器输入信号进行实时监测，判断柴油机的状态和运行工况，依据控制策略查找存储在ECU内部的各种脉谱图，并计算输出脉宽和定时信号，驱动电磁阀，通过控制电磁阀的开启与关闭来灵活而精确地控制柴油机的燃油喷射，喷油正时取决于电磁阀开启的时间（相位），喷油量的大小取决于电磁阀开启与关闭之间的时间差，时间越长喷油量越多，时间越短喷油量越少，同时电控单体泵11具有喷射压力高，控制灵活性好，单缸柴油机电控化后，它的供油提前角连续可调，在任何转速下，燃油喷射系统都可在最佳供油时刻供油，达到节油和节能减排的目的。

所述的润滑系统包括设在安装支架2内兼作机油池的油底壳12、机油泵13，油底壳12通向机油泵13的油路上设有机油滤清器14，机油泵12出油口分别将润滑油通向电控单体泵11、气缸组件4以及机体1内，电控单体泵11、气缸组件4以及机体1的回油口均与油底壳12连通。通过机油泵13和机油滤清器14作用，实现了润滑油在柴油机内干净充分的强制循环润滑，提高了各运动件的耐磨性和使用寿命。

配气机构采用四气门结构，与普通单缸机二气门相比，增加了进排气流通面积，减少流动阻力，从而增大进气流量，提高了柴油机的充气效率。进气量的增加，可提高燃烧效率，有利于提高柴油机的运行指标。采用四气门结构，可以实现喷油器垂直中置，对燃油雾化极为有利。缸盖采用铝合金材料，不仅减轻了重量、外形更加美观，而且散热效果更好。

本发明具有的燃油系统通过控制电磁阀的开启与关闭来灵活而精确地控制柴油机的燃油喷射；电控系统50监视、管理整机的运行状态；冷却系统9通过散热片905和与散热片905匹配的电动风扇92相配合，较好地保证了整机在合适的温度范围内运转；平衡机构7布置于机体1之外，安装和拆卸简单方便快捷，使机体1结构更紧凑，轴向调隙装置8能实时调节运转过程中曲轴20之轴向间隙，降低运行噪声和振动，提高柴油机的使用寿命，本发明克服了现有单缸柴油机重量大、油耗高、噪音高、排放差的缺点，具有油耗低、重量轻、功率足、噪声低、排放好、造型美观等优点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电控式高压单体泵单缸柴油机，包括安装支架（2）、固定在安装支架（2）上的机体（1）、设在机体（1）内的润滑系统、燃油系统、电控系统（50）以及曲柄连杆机构（3），机体（1）左侧面连接有内设配气机构（5）的气缸组件（4），机体（1）上端设有燃油箱（6），包括曲轴齿轮在内的齿轮室安装在机体（1）前端，安装在曲轴（20）上的飞轮（30）位于机体（1）后端，其特征是：所述的机体（1）右侧面连接有平衡机构（7），飞轮（30）与支撑曲轴（20）的轴承座（40）之间设有轴向调隙装置（8），位于气缸组件（4）上方的机体（1）上设有冷却系统（9），

平衡机构（7）：包括与机体（1）连接的壳体（70），壳体（70）内设有平行布置的上平衡轴（71）和下平衡轴（72），上平衡轴（71）伸出壳体（70）外的端部安装有上平衡轴齿轮（73），下平衡轴（72）伸出壳体（70）外的端部安装有与上平衡轴齿轮（73）相互啮合的下平衡轴齿轮（74），上平衡轴齿轮（73）外侧的上平衡轴（71）上设有与柴油机曲轴齿轮啮合传动而带动上平衡轴（71）转动的驱动齿轮（75）；

轴向调隙装置（8）：安装在支撑曲轴（20）的轴承座（40）与固定在曲轴（20）上的飞轮（30）之间，飞轮（30）具有朝向轴承座（40）开口的内凹腔（301），所述内凹腔（301）内嵌合安装有调隙环（81），调隙环（81）外侧面与轴承座（40）相接触，调隙环（81）内侧面与内凹腔（301）底面之间设有调隙弹簧（82），调隙弹簧（82）截面为圆弧形，调隙环（81）紧压在调隙弹簧（82）的圆弧凸起的侧面上；

冷却系统（9）：包括固定在机体（1）上的冷却水箱（90）和与冷却水箱（90）管路连通的膨胀水箱（91），冷却水箱（90）的侧面安装有向冷却水箱（90）吹风的电动风扇（92），冷却水箱（90）具有接入热水的进水管（93）、排出冷却水的出水管（94），出水管（94）连接有将冷却水送回气缸组件内的电动水泵（95），膨胀水箱（91）安装在柴油机的空滤器（10）上，膨胀水箱（91）上方设有空气蒸汽阀（96）。

2.根据权利要求1所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的电控系统（50）包括内设有微处理器的控制器、用于控制燃油喷射的电磁阀、用于柴油机的曲轴（20）和凸轮轴位置采集的传感器以及连接电缆。

3.根据权利要求2所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的燃油系统具有作为供油泵的电控单体泵（11），电控单体泵（11）通过控制电磁阀的开启与关闭精确控制燃油喷射。

4.根据权利要求3所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的润滑系统包括设在安装支架（2）内兼作机油存放和散热的油底壳（12）、机油泵（13），油底壳（12）通向机油泵（13）的油路上设有机油滤清器（14），机油泵（13）出油口分别将润滑油通向电控单体泵（11）、气缸组件（4）以及机体（1）内，电控单体泵（11）、气缸组件（4）以及机体（1）的回油口均与油底壳（12）连通。

5.根据权利要求1所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的平衡机构（7）还包括安装在壳体（70）上的上轴承座（76）和下轴承座（77），上平衡轴（71）一端支撑在上轴承座（76）内，上平衡轴（71）另一端支撑在壳体（70）具有的支撑孔内并伸出壳体（70）外，下平衡轴（72）一端支撑在下轴承座（77）内，下平衡轴（72）另一端支撑在壳体（70）具有的支撑孔内并伸出壳体（70）外。

6.根据权利要求1所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述轴向调隙装置（8）的调隙环（81）外周具有一对中心对称设置的定位凸台（811），定位凸台（811）与飞轮（30）内凹腔（301）具有的定位凹槽相配合而嵌合安装调隙环（811）。

7.根据权利要求1所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述冷却系统（9）的冷却水箱（90）包括箱体（901）、设在箱体（901）上部的进水室（902）和设在箱体（901）下部的出水室（903），进水室（902）和出水室（903）之间设有水管（904）和散热片（905），水管（904）和散热片（905）相间布置，电动风扇（92）正对水管（904）和散热片（905）位置送风。

8.根据权利要求7所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的膨胀水箱（91）与进水室（902）之间，分别连接有接受进水室（902）内多余水量的溢流管（911）、用于吸收进水室（902）内部蒸汽的蒸汽管（912）和回水管（913），膨胀水箱底部设有排水管（97）。

9.根据权利要求7所述的电控式高压单体泵单缸柴油机，其特征是：所述的进水管（93）上设有测量进水温度的温控传感器（98）。

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