CN108386302A - 柴油机储能与分流启动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油机储能与分流启动装置，包括油缸（2）、活塞（7）和油缸上端的密封缸盖（8）；活塞（7）将油缸（2）的内腔上下分隔为进油腔（16）和泄油腔（17）；上述进油腔（16）上端设进油孔（10），泄油腔（17）下端设泄油孔（1）；在上述油缸（2）轴向内中央设置有一控制杆（4）；活塞（7）通过套孔套在控制杆（4）上，活塞（7）的下方与油缸（2）底部之间设有压缩弹簧（5）。本发明是在柴油机达到点火转速时或达到点火转速前后，才开始向柴油机供油；在伺服马达开始向柴油机内供油时，可以降低伺服马达行程增加的速度，也就降低了高压油泵向柴油机内供油的速度。从而提高柴油机的启动性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机的启动装置，尤其涉及一种柴油机储能与分流启动装置，通过液压控制伺服马达行程来调节柴油机供油量的柴油机储能与分流启动装置。
背景技术
柴油机作为一种动力装置，广泛使用于军用、民用的各个领域。对功率及柴油机转速控制精度要求较高的柴油机，普遍采用通过液压控制伺服马达行程来控制高压油泵刻线以调节柴油机供油量的控制方式。这种控制方式的柴油机，在柴油机启动过程中，由于设计上存在的问题，一般都会在柴油机未达到其点火转速前，伺服马达即开始向柴油机供油，且供油增加的速度很快，一是造成在柴油机未达到其点火转速前，已有部分燃油喷入柴油机内；二是在柴油机完成启动过程中，伺服马达会不断增加柴油机高压油泵的供油刻线，使高压油泵在柴油机每一工作循环内喷入柴油机汽缸内的供油量不断增大。其后果，一是在柴油机未达到其点火转速前喷入柴油机内的燃油因不能燃烧而完全浪费了；二是由于柴油机汽缸内能提供给燃油进行燃烧的氧气有限，会造成喷入汽缸内的燃油大部分不能燃烧，从而产生柴油机启动时冒黑烟严重的现象，极端情况下，比如环境温度过低时，柴油机的启动点火转速会相应提高，使得柴油机从开始转动至达到点火转速时的时间更长；同时油泵在工作过程中油压的建立速度也更快，使伺服马达增加柴油机高压油泵供油刻线的速度也更快，从而出现由于喷入柴油机内的燃油过多，氧气严重不足，会造成无法点火，柴油机启动不成功的极端情况；三是会出现启动的转速超调率过高的问题。因此，一个可以改善柴油机启动性能装置的研发，使之不仅可以缓解柴油机启动时冒黑烟严重的现象，减少柴油机启动过程的环境污染；还可以降低转速超调率，提高柴油机工作性能；也能保证柴油机在更低的环境温度下顺利启动，是完全必要的。
2009年09月23日，中国发明专利申请公布号CN101539086A 公开了一种单缸小缸径高速柴油机喷油泵总成柱塞，包括装配在柱塞套内的柱塞，出油阀座位于柱塞套内腔的上部，其中：柱塞上端头周边制有用于启动时改变供油量的启动油槽以及能改变喷油泵的供油提前角的预喷狭缝；预喷狭缝与柱塞上端面平行；柱塞上端头制有向下延伸的断油槽；柱塞上端头部外周还制有由启动油槽斜向上方至断油槽的控制油槽。由于该技术方案是从柴油机供油侧直接改变启动时的供油量，即：增加启动限油槽，改变喷油泵回路的供油特性；这种改变会使供油系统的油压不稳，导致喷油咀雾化不均匀，从而影响柴油机的工作出力。
发明内容
本发明的目的就是针对现有柴油机启动过程中存在的前述问题，提供一种柴油机储能与分流启动装置。保证在柴油机启动过程中：一是在柴油机达到点火转速时或达到点火转速前后，才开始向柴油机供油；二是在伺服马达开始向柴油机内供油时，可以降低伺服马达行程增加的速度，也就降低了高压油泵向柴油机内供油的速度。从而提高柴油机的启动性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种柴油机储能与分流启动装置，包括油缸、活塞和油缸上端的密封缸盖；活塞将所述油缸的内腔上下分隔为进油腔和泄油腔；泄油腔下部设置有活塞行程限制套；上述进油腔上端设进油孔，泄油腔下端设泄油孔；在上述油缸轴向内中央设置有一控制杆；该控制杆的上端抵密封缸盖，下端接油缸底中部；所述活塞的上端面中心轴向设有贯穿活塞的套孔，在套孔周围于活塞上端面形成一凸台环，活塞通过套孔套在控制杆上，使活塞上行至活塞凸台环接触密封缸盖时，活塞上端面、油缸内壁与密封缸盖之间还可以形成最小空间的进油腔；活塞的下方与油缸底部之间设有压缩弹簧。
所述控制杆上端侧面开有控制杆进油孔，中部设置控制杆溢流孔；上述控制杆进油孔和控制杆溢流孔通过控制杆内中空的油路连通；上述活塞的套孔活动地套在控制杆上，可以沿着控制杆相对油缸内壁克服弹簧弹力做上下运动；当活塞处于凸台环抵接密封缸盖时，活塞的套孔部分遮挡封闭控制杆进油孔，控制杆溢流孔处于开放状态；当活塞克服弹簧弹力下行至凸台环上方刚好露出控制杆进油孔位置时，控制杆溢流孔还是处于开放状态；当活塞继续克服弹簧弹力下行至与活塞行程限制套还有一定距离时，控制杆溢流孔被活塞的套孔部分逐步遮挡；活塞继续克服弹簧弹力下行至活塞行程限制套被阻挡下行时，控制杆溢流孔已被活塞的套孔部分完全遮挡封闭或与控制杆进油孔一样处于活塞与油缸分隔成的进油腔内。
上述进油腔上端所设的进油孔，可以设在油缸的上侧部，也可以设在密封缸盖上。
上述活塞行程限制套既可以设计为套设于所述控制杆下部的部件，也可以利用油缸下端内壁厚度变化形成一体台阶所产生。
与现有技术相比，本发明在柴油机启动时，可以延时向柴油机供油与降低供油的速度，最好是在柴油机达到点火转速时刚好开始向柴油机供油，也可能是在柴油机达到点火转速前后开始向柴油机供油，从而保证在柴油机启动过程中，当柴油机转速未达到一定转速时，伺服马达不会向柴油机内供油；当伺服马达开始向柴油机内供油时，由于原本全部进入到伺服马达的工作油，一部分通过进油孔-进油腔-控制杆进油孔-控制杆内中空的油路-控制杆溢流孔-油槽的通路分流至油槽内，还有一部分通过进油孔-进油腔使弹簧压缩，活塞下移分流至进油腔储藏起来；使得启动过程中，伺服马达增加柴油机高压油泵的供油刻线的速度降低，可以减慢高压油泵向柴油机内供油的增加速度。从而提高柴油机的启动性能：缓解柴油机启动时冒黑烟严重的现象，减少柴油机启动过程的环境污染；降低转速超调率，提高柴油机工作性能；保证柴油机在更低的环境温度下顺利启动。
附图说明
图1所示为本发明结构示意图。
图2所示为本发明实施方式打开控制杆进油孔状态的结构示意图。
图3所示为本发明实施方式封闭控制杆溢流孔状态的结构示意图。
标注说明：1泄油孔；2油缸；3活塞行程限制套；4控制杆；5压缩弹簧；6控制杆溢流孔；7活塞；8密封缸盖；9控制杆进油孔；10进油孔；11溢流阀；12柴油机转速控制机构；13伺服马达；14油泵；15油槽；16进油腔；17泄油腔；18凸台环。
具体实施方式
下面结合图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种柴油机储能与分流启动装置，包括油缸2、活塞7和油缸上端的密封缸盖8；活塞7将所述油缸2的内腔上下分隔为进油腔16和泄油腔17，泄油腔17下部设置有活塞行程限制套3；上述进油腔16上端设进油孔10，泄油腔17下端设泄油孔1；
在上述油缸2轴向内中央设置有一控制杆4；该控制杆4的上端抵密封缸盖8，下端接油缸2底中部。
所述活塞7的上端面中心轴向设有贯穿活塞的套孔，在套孔周围于活塞上端面形成一凸台环18，活塞7通过套孔套在控制杆4上，使活塞7上行至活塞凸台环18接触密封缸盖8时，活塞7上端面、油缸2内壁与密封缸盖8之间还可以形成最小空间的进油腔16；活塞7的下方与油缸2底部之间设有压缩弹簧5。
进一步地，为了实现工作油分流，所述控制杆4上端侧面开有控制杆进油孔9，中部设置控制杆溢流孔6；上述控制杆进油孔9和控制杆溢流孔6通过控制杆4内中空的油路连通；上述活塞7的套孔活动地套在控制杆4上，可以沿着控制杆4相对油缸2内壁克服弹簧5弹力做上下运动；当活塞7处于凸台环18抵接密封缸盖8时，活塞7的套孔部分遮挡封闭控制杆进油孔9，控制杆溢流孔6处于开放状态；如图2所示，当活塞7克服弹簧5弹力下行至凸台环18上方刚好露出控制杆进油孔9位置时，控制杆溢流孔6还是处于开放状态；如图3所示，当活塞7继续克服弹簧5弹力下行至活塞行程限制套3被阻挡下行时，控制杆溢流孔6被活塞7的套孔部分全部遮挡封闭或与控制杆进油孔9一样处于活塞与油缸分隔成的进油腔16内。
进一步地，所述进油腔16上端所设的进油孔10，可以设在油缸2的上侧部，也可以设在密封缸盖8上。
进一步地，所述活塞行程限制套3既可以设计为套设于油缸2内部的部件，也可以利用油缸2下端内壁厚度变化形成一体台阶所产生。
本发明储能与分流的作用方式，可以单独存在，比如只储能不分流，即控制杆4上端侧面控制杆进油孔9、中部控制杆溢流孔6、控制杆4内中空的油路取消其一或全部取消；或干脆取消控制杆4与活塞7上端面中心轴向设有的贯穿活塞的套孔。也可以储能和分流共同存在的方式发生作用。
本发明柴油机储能与分流启动装置用于控制柴油机启动时，工作油向伺服马达13开始供油的时间与流量，将进油孔10接伺服马达工作油回路中的溢流阀11，泄油孔1接油槽15；所述油槽15经油泵14顺序连接溢流阀11、柴油机转速控制机构12和伺服马达13；溢流阀11和柴油机转速控制机构12的泄流通道回流油槽15。
在柴油机启动时，柴油机一开始转动油泵14即开始工作，系统建立的初始油压就会通过油缸2的进油孔10进入到油缸2与活塞7上端面形成的进油腔16中；如图1所示，由于本发明柴油机储能与分流启动装置此时活塞7处于凸台环18抵接密封缸盖8位置，活塞7的套孔部分遮挡封闭控制杆进油孔9，此时弹簧5的长度最大，活塞7克服弹簧5弹力移动所要求的液体压力比推动伺服马达所要求的液体压力低；活塞7先于伺服马达13开始迅速下行移动。随着油泵14建立的油压不断升高，活塞7克服弹簧5弹力储能下行，当活塞7下行移动一定距离后，如图2所示，打开了控制杆4上的控制杆进油孔9，使油泵14提供的部分工作油，经油缸2的进油孔10—控制杆进油孔9—控制杆4内中空的油路—控制杆溢流孔6—泄油腔17—泄油孔1—油槽15的通路回流至油槽15；因部分工作油油量的泄流，油泵14建立油压的速度减慢，活塞7克服弹簧5弹力下行速度放缓。随着油泵14建立的油压不断升高，活塞7又克服弹簧5弹力储能下行一段距离后，油泵14建立的油压已达到推动伺服马达所要求的液体压力，此时一部分工作油继续推动活塞7下行移动，一部分工作油继续经油缸2的进油孔10—控制杆进油孔9—控制杆4内中空的油路—控制杆溢流孔6—泄油腔17—泄油孔1—油槽15的通路回流至油槽15，一部分工作油开始不断推动伺服马达，使高压油泵刻线不断增大，不断增加向柴油机供应的柴油量，柴油点火燃烧做功使柴油机转速迅速提高，柴油机开始点火启动过程。如图3所示，当活塞7继续克服弹簧5弹力下行至活塞行程限制套3被阻挡下行时，控制杆溢流孔6被活塞7的套孔部分全部遮挡封闭或与控制杆进油孔一样处于活塞与油缸分隔成的进油腔内，部分工作油的泄流通道被关闭，系统的油压迅速升高至系统所需要的设计值并只受溢流阀11控制，活塞7在系统油压的作用下保持在行程限制套3位置不再移动，用以关闭控制杆溢流孔6，使柴油机储能与分流启动装置在柴油机以后的工作过程中，不再发生作用。此时由于油泵14的工作油全部进入到伺服马达，推动伺服马达的速度加快，高压油泵刻线增加的速度也上升，从而使柴油机转速迅速达到最低基本稳定转速并完成启机过程。
在柴油机工作过程中，当柴油机转速的实际值比给定值高时，柴油机转速控制机构12开通伺服马达13的泄油通道，以减少柴油机的供油量，使柴油机转速下降；当柴油机转速的实际值比给定值低时，柴油机转速控制机构12开通伺服马达13的进油通道，以增加柴油机的供油量，使柴油机转速上升；当柴油机转速的实际值等于给定值时，柴油机转速控制机构12关闭伺服马达13的进油与泄油通道，保持伺服马达13的状态不变，以保持柴油机的供油量不变，从而保持柴油机转速不变。
本发明的方法在于，一是通过本装置活塞克服弹簧弹力移动所要求的液体压力比推动伺服马达所要求的液体压力低，使本装置活塞先于伺服马达开始迅速下行移动（储能），以及部分工作油可以泄流至油槽的设计，以延时向柴油机供油的时刻，保证在柴油机转速达到点火转速前后才开始供油；二是在伺服马达开始移动向柴油机供油时，通过使一部分工作油继续推动本装置活塞下行移动，一部分工作油可以泄流至油槽，使能进入到伺服马达的工作油量减少，从而降低向柴油机燃油供应增加的速度。从而达到以下的目的：一是安装本装置前在柴油机未达到点火转速之前喷入柴油机内而浪费了的燃油，在安装本装置后不再浪费；二是由于柴油机点火过程中，柴油机供油量增加的速度减慢，使柴油机点火过程中燃油供应量与柴油机能提供的燃油燃烧所需空气量更加匹配，从而减轻柴油机启动过程中冒黑烟严重的现象；二是柴油机启动过程刚完成的时候，由于柴油机供油量较安装本装置前减少，使得此时柴油机控制机构的调节量也减少，从而使柴油机的转速超调率下降。
本发明的柴油机储能与分流启动装置，已在一种柴油机装置上试用，效果良好，完全达到了设计要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种柴油机储能与分流启动装置，包括油缸（2）、活塞（7）和油缸上端的密封缸盖（8）；活塞（7）将所述油缸（2）的内腔上下分隔为进油腔（16）和泄油腔（17）；其特征在于：泄油腔（17）下部设置有活塞行程限制套（3）；上述进油腔（16）上端设进油孔（10），泄油腔（17）下端设泄油孔（1）；在上述油缸（2）轴向内中央设置有一控制杆（4）；该控制杆（4）的上端抵密封缸盖（8），下端接油缸（2）底中部；所述活塞（7）的上端面中心轴向设有贯穿活塞的套孔，在套孔周围于活塞上端面形成一凸台环（18），活塞（7）通过套孔套在控制杆（4）上，使活塞（7）上行至活塞凸台环（18）接触密封缸盖（8）时，活塞（7）上端面、油缸（2）内壁与密封缸盖（8）之间还可以形成最小空间的进油腔（16）；活塞（7）的下方与油缸（2）底部之间设有压缩弹簧（5）。
2.根据权利要求1所述的柴油机储能与分流启动装置，其特征还在于：所述控制杆（4）上端侧面开有控制杆进油孔（9），中部设置控制杆溢流孔（6）；上述控制杆进油孔（9）和控制杆溢流孔（6）通过控制杆（4）内中空的油路连通；上述活塞（7）的套孔活动地套在控制杆（4）上，可以根据弹簧（5）弹力与活塞上部工作油压力的平衡关系，沿着控制杆（4）相对油缸（2）内壁做上下运动；当活塞（7）处于凸台环（18）抵接密封缸盖（8）时，活塞（7）的套孔部分遮挡封闭控制杆进油孔（9），控制杆溢流孔（6）处于开放状态；当活塞（7）克服弹簧（5）弹力下行至凸台环（18）上方刚好露出控制杆进油孔（9）位置时，控制杆溢流孔（6）还是处于开放状态；当活塞（7）继续克服弹簧（5）弹力下行至与活塞行程限制套（3）还有一定距离时，控制杆溢流孔（6）被活塞（7）的套孔部分逐步遮挡；活塞（7）继续克服弹簧（5）弹力下行至活塞行程限制套（3）被阻挡下行时，控制杆溢流孔（6）已被活塞（7）的套孔部分完全遮挡封闭或与控制杆进油孔（9）一样处于活塞与油缸分隔成的进油腔（16）内。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的柴油机储能与分流启动装置，其特征还在于：所述进油腔（16）上端所设的进油孔（10），可以设在油缸（2）的上侧部，也可以设在密封缸盖（8）上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的柴油机储能与分流启动装置，其特征还在于：所述活塞行程限制套（3）既可以设计为套设于油缸（2）内部的部件，也可以利用油缸（2）下端内壁厚度变化形成一体台阶所产生。
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