CN104100370A - 一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机，包括气缸、气缸盖、飞轮、齿轮室，气缸设置活塞、曲轴连杆机构，还包括轴平衡装置，所述轴平衡装置包括平衡轴及平衡轴齿轮、惰齿轮轴及惰齿轮、凸轮轴正时齿轮、曲轴及曲轴齿轮，所述曲轴齿轮、惰齿轮分别位于凸轮轴正时齿轮两侧下方且与凸轮轴正时齿轮啮合，在所述惰齿轮轴上固装副平衡块，在所述曲轴上固装主平衡块。本发明平衡轴结构简单，占用空间小，安装方便，生产成本低，有利于新机型开发的调整和改造。同时，缸盖采用独特的螺旋式结构，并且增加了水的对流面积，增加散热效果。

Description

一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机

技术领域

本发明涉及一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机。

背景技术

现时市场上的单缸柴油机，其内设置的平衡装置主要平衡一级往复惯性力，而相对于立式单缸柴油机常用的平衡方法是单设有一块平衡装置敷设在曲柄臂上构成的一体型，然而，使用单一的平衡装置只能平衡一小部分的一级往复惯性力，因而使柴油机在使用过程中会发生较强的振动，这样不仅使柴油机的零件磨损增加，寿命降低，噪声较大，同时这种振动还消耗一定的能量，降低柴油机的经济性能。若要平衡二级往复惯性力，则需要采用四轴平衡系统，该系统零件数量较多，曲轴箱的体积较大，柴油机笨重，成本较高。同时，如果缸盖冷却水道布置不合理，造成水的对流面积小，而影响散热效果。同时，“三角区”的位置直接影响到喷油嘴的冷却效果。另外，气缸中的气缸、齿轮室、飞轮壳均为独立不久或组合部件。因此气缸的加工成本较高，整体强度低。同时，一般的单缸柴油机的水箱总成为蒸发式，或者带电子扇，成本提高。

发明内容

本发明的目的在于现有立式式单缸柴油机振动大的问题，提供一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机，使柴油机工作过程的震动大大减少，延长整机的寿命。

本发明的发明目的是这样实现的：一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机，包括气缸、气缸盖、飞轮、齿轮室，气缸设置活塞、曲轴连杆机构，还包括轴平衡装置，所述轴平衡装置包括平衡轴及平衡轴齿轮、惰齿轮轴及惰齿轮、凸轮轴正时齿轮、曲轴及曲轴齿轮，所述曲轴齿轮、惰齿轮分别位于凸轮轴正时齿轮两侧下方且与凸轮轴正时齿轮啮合，在所述惰齿轮轴上固装副平衡块，在所述曲轴上固装主平衡块。

所述气缸外挂水箱总成，所述水箱总成连接水泵。

在齿轮室内设置传动轴带轮，传动轴带轮与凸轮轴正时齿轮啮合，传动轴带轮固装在传动轴上，传动轴与水泵的驱动轴、发电机的驱动轴传动连接。

在气缸底部设置有油底壳。

所述气缸、齿轮室、飞轮壳为整体式结构。

所述气缸盖包括喷油器安装孔、进气道、排气道，所述进气道为螺旋式气道，包括气道出口腔、螺旋腔，所述气道出口腔呈锥台形状，所述气道出口腔位于螺旋腔的中心轴线上。

所述喷油器安装孔与进气道位于所述盖体横中心轴线的同一侧，所述排气道位于所述盖体横中心轴线的另一侧，所述喷油器安装孔远离排气道、靠近进气道。在所述盖体的壁面四周布置若干冷却水道口，若干冷却水道口在盖体内相互连通形成水道；所述水箱总成与气缸盖内的水道构成循环冷却水循环系统。

在喷油器安装孔及排气道旁设有水道，水道与喷油器安装孔、排气道之间的最大壁厚为4～5mm。

本发明与现有技术的立式单缸柴油机相比，具有以下优点：

本发明平衡轴结构简单，占用空间小，安装方便，生产成本低，有利于新机型开发的调整和改造。同时，缸盖采用独特的螺旋式结构，并且增加了水的对流面积，增加散热效果。而气缸采用包括活塞、连杆、气缸、齿轮室及飞轮壳于一体的四面整体式腔体；降低成本，提高了整体强度。

通过增加副平衡装置，达到平衡大部分一级往复力的效果，有效减少柴油机工作时的振动。使柴油机工作过程的震动大大减少，从而减少噪声、减轻零件间的磨损、提高柴油机的经济性及提高零件在运行中的可靠性和延长整机的使用寿命。

一体化的四面整体式气缸，提高了了整体强度及刚性，无需进行装配定位面的加工，提高了定位精度，节省加工成本。

螺旋气道的气缸盖，提高了柴油机燃烧性能、增加水道面积，提高散热效果。

带水泵的外挂式冷却装置，一方面可以增加水流速度，提高散热效果；另一方面，通过传动轴及水泵带动风扇对水箱散热；同时，皮带还可以带动发电机工作，提供整车电源照明。

附图说明

图1为本发明带平衡轴装置立式单缸柴油机的结构示意图。

图2为图1所示带平衡轴装置立式单缸柴油机侧视图。

图3为带平衡轴装置立式单缸柴油机齿轮副位置图。

图4为带平衡轴装置立式单缸柴油机齿轮副侧视图。

图5为缸盖气道简图。

图6为本发明配气机构结构剖视图。

图7为本发明气缸结构示意图。

图8为本发明气缸盖的进气道结构示意图。

说明书附图中，各标号表示如下：水箱总成1，风扇2，水泵带轮3，水泵4， 气缸盖5，气缸6 ，飞轮7，第一深沟球轴承8，副平衡块9，油底壳10，曲轴连杆机构11，第二深沟球轴承12 ，平衡轴齿轮13，平衡轴14，齿轮室盖15，发电机带轮16，传动轴带轮17，传动轴18，发电机19，曲轴20，活塞21，曲轴齿轮22，主平衡块23，凸轮轴正时齿轮24，惰齿轮轴25 ，惰齿轮26，缸盖三角区27，排气道28，水道29，进气道30，油泵凸轮31 ，排气凸轮32，进气凸轮33，凸轮轴34 ，气缸35，齿轮室36，飞轮壳37，进气道的螺旋腔38，进气道的气道出口腔39。

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—8所示，本发明的带平衡轴装置立式单缸柴油机，主要包括底部可承载润滑油的气缸6、与气缸相配的油底壳10、气缸盖5、还包括含主、副平衡的平衡装置、配气机构、曲轴连杆机构，且外挂有水箱总成冷却装置、燃油供给系统等。

气缸是由气缸体35、齿轮室36、飞轮壳37结合为一体化的四面整体式腔体。气缸体底部的油底壳10是为了增加整机的润滑效果，与气缸底部联接，并作为整机支撑用。与气缸相配的油底壳为铸件。参见图5，气缸盖的进气道采用螺旋气道，使得喷油器安装孔（图未示）位置（独特“气缸盖三角区27”）远离高温区——排气道28，靠近进气道30，从而降低喷油器的温度。

参见图1、3、6，平衡装置包括在气缸6内设置的平衡轴14及平衡轴齿轮13、惰齿轮轴25及惰齿轮26、凸轮轴正时齿轮24、曲轴20及曲轴齿轮22，曲轴齿轮22、惰齿轮26分别位于凸轮轴正时齿轮24两侧下方且与凸轮轴正时齿轮啮合，在惰齿轮轴25上固装副平衡块9，在曲轴20上固装主平衡块23。在气缸体和飞轮壳内设置第一深沟球轴承、第二深沟球轴承12，用于支承轴的转动。曲轴上设曲轴齿轮与主平衡块装置，平衡轴齿轮与副平衡块装置均设于平衡轴上，通过曲轴齿轮的转动而同步带动所述凸轮轴齿轮和平衡轴齿轮，即带动副平衡块装置的转动。曲轴齿轮与主平衡块装置均设于曲轴上随曲轴一起转动，转动方向相同。平衡轴齿轮带动平衡轴及副平衡装置转动，且，所述平衡轴齿轮的转动方向与曲轴齿轮的转动方向相反。

以主平衡块23为中心的主平衡装置和，以副平衡块9为中心的副平衡装置的转动方向呈反向旋转，换句话说，即主平衡装置为顺时针旋转时，副平衡装置则为逆时针旋转。

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，实现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。燃油供给系统在凸轮轴34的轴体上设有专门设计的油泵凸轮31、排气凸轮32和进气凸轮33，油泵凸轮31与单体泵的滚轮接触，起到供油的作用。

外挂的水箱总成冷却装置通过：在齿轮室内设传动轴齿轮17，通过传动轴18、水泵带轮3及皮带，带动水泵4转动；在水箱总成内安装风扇2，达到散热目的。

本发明的平衡装置主要包括气缸6内设有一凸轮轴齿轮24，所述的一侧端啮合曲轴齿轮22，所述凸轮齿轮24的另一侧啮合惰齿轮26，通过惰齿轮,26再啮合一平衡轴齿轮13，所述平衡轴齿轮13连接于平衡轴14上，所述平衡轴14上敷设有一副平衡块装置9，通过所述曲轴齿轮22的转动而同步带动所述凸轮轴齿轮24和惰齿轮26及平衡轴齿轮13，从而带动副平衡装置9的转动。

为进一步描述各齿轮副的啮合关系，请参见图3所示，曲轴齿轮22是位于曲轴20上，而位于凸轮轴正时齿轮24的一侧下方，所述曲轴20处设有一主平衡块装置23，透过转动曲轴20而转动主平衡装置23与曲轴齿轮22，由于凸轮轴正时齿轮24是啮合于曲轴齿轮22的，因此由曲轴齿轮22而带动凸轮轴正时齿轮24旋转，而且曲轴齿轮22的转动方向是与凸轮轴正时齿轮24的转动方向相反。亦即是，所述曲轴齿轮22为顺时针旋转时，所述凸轮轴正时齿轮24为逆时针旋转，另，所述凸轮轴正时齿轮24的另一侧啮合惰齿轮26，所述惰齿轮26是装在惰齿轮轴25上的，且啮合平衡轴齿轮13，而平衡轴齿轮是装在平衡轴14上的，从而，当凸轮轴正时齿轮24转动时，带动惰齿轮26，惰齿轮26又带动平衡轴齿轮13的转动，而所述平衡轴齿轮13连接于平衡轴14上，且平衡轴14上设有一副平衡块装置9，可跟随平衡轴齿轮13一并转动，且凸轮轴正时齿轮24作逆时针旋转时，所述隋齿轮26则为顺时针旋转；而所述平衡轴齿轮13则为逆时针旋转，旋转方向与曲轴齿轮23相反。而根据曲轴齿轮23的顺时针方向和平衡轴齿轮13的逆时针方向，最终实现主平衡块装置23的转动方向与副平衡块装置9的转动方向相反。

由于主平衡块23与副平衡块9相对于凸轮轴正时齿轮24的位置始终在下方两侧对称分布，而其旋转方向相反，因此在水平方向运作时，离心力可以相互抵消，而在竖直方向上离心力叠加，同时使活塞21上升至上止点时，主平衡块装置23、副平衡块装置9均位于最下端；当活塞21下降到下止点时，主平衡块装置23和副平衡块装置9均位于最上端，以使主、副平衡块装置的合力方向与活塞一级往复惯性力方向相反，并且主平衡块装置23与副平衡块装置9的平衡重量相等，以达到平衡一级往复惯性力的效果。

如图5所示，独特的螺旋式进气道33，保证了最佳的进气合理性。高温地带“三角区27”内部镂空有充分的水道29，并保证水道29与喷油器安装孔及排气道32的最大壁厚为4～5mm，具有充分的散热面积。如图6所示，凸轮轴35上按顺序安装有凸轮轴正时齿轮24、油泵凸轮31、排气凸轮32及进气凸轮33，构成了配气机构总成。如图7所示，气缸是由气缸35、齿轮室36、飞轮壳37结合为一体化的四面整体式腔体。为了提高内燃机气缸的整体强度及刚性，将气缸35、齿轮室盖36、飞轮壳37作为整体式结构。整体结构可以再铸造时一次加工成型。并且减少了气缸积及重量。

如图1-2所示，外挂有冷却装置通过在齿轮室36内设传动轴齿轮17，传动轴齿轮17与凸轮轴正时齿轮24啮合，而传动轴齿轮装在传动轴17上；凸轮轴正时齿轮24为逆时针旋转，传动轴齿轮17为顺时针旋转，传动轴齿轮17通过皮带带动发电机带轮16及水泵轮3顺时针转动，水泵轮带动水泵4转动；从而达到循环水的目的。而发电机带轮16的运动而带动发电机19工作。同时，水泵4上安装有风扇2，水泵轮带动风扇2转动，而风扇2安装在水箱内，达到散热目的。

如图5、8所示，气缸盖内设置进气道28、排气道30、喷油器安装孔，所述进气道为螺旋式气道，包括进气腔、气道出口腔39、螺旋腔38，气道出口腔呈锥台形状，位于螺旋腔的中心轴线BP上。所述螺旋气道是经过气流分析，能保证发动机进气最佳状态。进、排气道的缸盖开口不在同一条中心轴线上，进气道的出口孔孔径为50～52mm，保证了最大进气量。进气道的出口孔中心与气缸盖横中心轴线（X轴）距离为3～5mm，排气道的排气孔中心与X轴距离为（-18）～（-20）mm，从而降低了进的摇臂比，缩短了进摇臂的距离，加强了摇臂的强度。排气道的排气孔中心与Y轴距离为（-23）～（-25）mm，远离了喷油器安装孔2，降低了喷油器的温度。

Claims (8)

1.一种带平衡轴装置的立式单缸柴油机，包括气缸、气缸盖、飞轮、齿轮室，气缸设置活塞、曲轴连杆机构，其特征在于：还包括轴平衡装置，所述轴平衡装置包括平衡轴及平衡轴齿轮、惰齿轮轴及惰齿轮、凸轮轴正时齿轮、曲轴及曲轴齿轮，所述曲轴齿轮、惰齿轮分别位于凸轮轴正时齿轮两侧下方且与凸轮轴正时齿轮啮合，在所述惰齿轮轴上固装副平衡块，在所述曲轴上固装主平衡块。

2.根据权利要求1所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于： 所述气缸外挂水箱总成，所述水箱总成连接水泵。

3.根据权利要求1所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：在齿轮室内设置传动轴带轮，传动轴带轮与凸轮轴正时齿轮啮合，传动轴带轮固装在传动轴上，传动轴与水泵的驱动轴、发电机的驱动轴传动连接。

4.根据权利要求3所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：在气缸底部设置有油底壳。

5.根据权利要求1所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：所述气缸、齿轮室、飞轮壳为整体式结构。

6.根据权利要求2所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：所述气缸盖包括喷油器安装孔、进气道、排气道，所述进气道为螺旋式气道，包括气道出口腔、螺旋腔，所述气道出口腔呈锥台形状，所述气道出口腔位于螺旋腔的中心轴线上。

7.根据权利要求6所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：所述喷油器安装孔与进气道位于所述盖体横中心轴线的同一侧，所述排气道位于所述盖体横中心轴线的另一侧，所述喷油器安装孔远离排气道、靠近进气道；在所述盖体的壁面四周布置若干冷却水道口，若干冷却水道口在盖体内相互连通形成水道；所述水箱总成与气缸盖内的水道构成循环冷却水循环系统。

8.根据权利要求7所述的带平衡轴装置的立式单缸柴油机，其特征在于：在喷油器安装孔及排气道旁设有水道，水道与喷油器安装孔、排气道之间的最大壁厚为4～5mm。