CN201794696U - 一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构 - Google Patents

Abstract

一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，主要由气缸体、气缸盖、活塞连杆机构、配气系统、燃烧系统、润滑系统、冷却系统、齿轮传动系统、组合式电控单体泵供油系统、双轴平衡机构、电控系统等组成。高压喷射的组合式电控单体泵，能够精确控制喷油时刻和供油量，并提供更高的喷油压力和燃油雾化。同时对配气系统、进气系统、燃烧系统等进行优化设计，更好地配合高压喷射系统，改善燃烧室内油气混合的质量，降低有害废气排放物的生成，使排放指标满足非道路欧IIIA的排放标准要求。采用双轴平衡机构，能够消除四冲程四缸机二级往复惯性力引起的发动机的振动和噪声，从而使柴油机具有高功率、高可靠性、低油耗、低排放、低振动、低噪声的特点。

Description

一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构

技术领域

本实用新型属于内燃机领域，涉及一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构。

背景技术

随着柴油机尾气排放对大气环境的污染日益加剧，世界各国政府都先后制订了越来越严格的排放法规，禁止高排放产品的继续生产和销售。目前国内机械产品采用的柴油机，其供油系统大多为机械式，供油压力偏低，供油规律属机械设定，主要考虑标定和最大扭矩两点稳态工况，无法兼顾瞬态工况，容易出现急加速冒烟等不良现象，而且无法自动调节各缸喷油量平衡特性。供油提前特性也只能随转速线性单调变化，难以实现每一工况下可燃混合气的良好燃烧，排放指标很难满足非道路欧IIIA及更高排放标准的要求。

为了保证具有较低的废气排放物指标，可以采用高压共轨、单体泵电控高压供油系统来满足欧III以上排放标准，但高压共轨系统工艺水平要求较高，关键技术及零部件均需国外引进，成本较高，而且对机型的改动较大，难以实现与现产品的兼容。

随着社会进步和不断发展，人们不仅对机械产品的排放要求提高，而且对机械产品的舒适性、可靠性都提出了更高的要求。由二阶往复惯性力引起四缸柴油机振动和噪声问题得到了越来越多的关注。四缸柴油机的二级往复惯性力为单缸机的四倍，其方向是在气缸中心线上，频率为发动机转速的两倍。此二级往复惯性力会引起整机的上下振动以及由此产生的振动噪声，影响驾驶员的舒适性和产品的可靠耐久性。基于上述原因，可以利用平衡装置消除或减弱二级往复惯性力的影响，其基本原理是用一对转速相同、旋转方向相反且两倍于柴油机转速并带有不平衡质量的平衡轴，它们在气缸中心线方向产生一个与二级往复惯性力大小相等，方向相反的力，抵消二级往复惯性力对柴油机的影响。根据此原理，可采用多种方式实现。例如国内现有四缸柴油机大多数是在曲轴的某一曲柄臂上增加一个大齿圈，以此作为主动力驱动下挂于机体或主轴承座的平衡轴。这种平衡轴机构，对柴油机整体结构变动小，生产准备投入少、周期短，成果转化快。但由于平衡轴位置较低，在运转过程中平衡半轴会频繁搅动油底壳内的机油，造成驱动损失增加，机油温度升高。还有将平衡轴布置在气缸体内部，裙部下方，两平衡轴由齿轮室内布置的传动齿轮传动；这种结构的特点是平衡轴较高，不搅油，但结构复杂，要求发动机的结构要做较大的变动，机体和老产品很难通用，不易和老产品共线生产，生产准备投入大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够满足非道路欧IIIA排放标准、可降低二级往复惯性力的低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构。

本实用新型的技术方案是：一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，包括气缸体、气缸盖、活塞连杆机构、配气机构、双轴平衡装置、组合式电控单体泵、曲轴飞轮总成、水泵风扇总成、废气涡轮增压器、空气滤清器、齿轮室、油底壳、进气管、排气管、飞轮壳。气缸盖安装在气缸体的顶面，活塞连杆机构和曲轴飞轮总成安装在气缸体的内部，双轴平衡装置位于油底壳内，同油底壳一起安装在气缸体的下平面，进气管和排气管分别安装在气缸盖的左、右两侧，配气机构安装在气缸盖的上部，空气滤清器安装在进气管的上面，废气涡轮增压器安装在排气管的上面，水泵风扇总成安装在气缸体的前端，齿轮室安装在气缸体的前端，飞轮壳安装在气缸体的后端，组合式电控单体泵安装在齿轮室的后端面，柴油机的缸径为102～105mm，冲程为108～120mm，缸心距为127mm。

组合式电控单体泵及其供油系统包括电控组合单体泵、曲轴转速传感器、水温传感器、电子踏板、进气温度压力传感器、高速电磁阀、燃油温度压力传感器、喷油泵凸轮轴转速传感器、线束、电控单元、高压油管和喷油器，喷油泵齿轮轮毂安装在电控组合单体泵驱动凸轮轴的前端，由锁紧螺母锁紧，四个螺栓将喷油泵齿轮与喷油泵齿轮轮毂固定，电控组合单体泵前端的连接法兰安装在齿轮室的后端面，当发动机处于一缸压缩上止点时，喷油泵齿轮与发动机的齿轮系按记号安装。

电控组合单体泵安装在发动机一侧，喷油泵凸轮轴中心线相对曲轴中心的坐标位置分别为：水平方向C＝117±3mm，垂直方向D＝200±3mm，安装角γ＝20°±5°℃A。

采用P系列多孔小孔径低惯量喷油器，喷油器水平安装角度α＝15°±1°，垂直安装角度β＝7°±1°，气缸盖底面上喷油器安装孔中心相对气缸中心线的坐标位置分别为：水平方向E＝1.8±0.3mm，垂直方向F＝6.7±0.3mm。

双轴平衡机构安装在油底壳内，固定在发动机机体的底面，采用空心定位销定位，强力螺栓固定；两平衡轴对称安装在平衡轴座上，并安装有止推轴承，平衡轴和轴承之间采用压力油润滑，两平衡轴都安装有防搅油的轻质半轴，两平衡轴通过平衡轴盖和强力螺栓固定在平衡轴座上，两者之间由空心定位销定位。

本实用新型可达到如下积极效果：在四缸增压中冷柴油机上采用组合式高压喷射电控单体泵的供油系统，可以精确控制喷油时刻和供油量，并提供更高的喷油压力，从而降低废气排放物，使整机排放水平达到非道路欧IIIA排放标准，并且为达到非道路欧IIIB排放标准奠定了基础。组合式电控单体泵能与现生产采用的机械泵互换，涉及的变动较少，容易在较短时间内实现。安装在机体下部的双轴平衡机构，在发动机结构变动很小的情况下，能够降低柴油机的振动，提高驾驶的舒适性和零部件的可靠性。

附图说明：

图1为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的左视图。

图2为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的前视图。

图3为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的右视图。

图4为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的组合式电控单体泵供油系统结构示意图。

图5为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的组合式电控单体泵安装示意图。

图6为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的喷油器在气缸盖上的安装示意图。

图7为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的喷油器在气缸盖上的安装位置的A-A剖视图。

图8为图7的仰视图。

图9为本实用新型一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构的二级往复惯性力平衡轴机构的结构示意图。

图10为图9的B-B剖视图。

具体实施方式

如图1～图3所示，本实用新型主要结构包括气缸体4、气缸盖12、活塞连杆机构6、配气机构11、双轴平衡装置7、组合式电控单体泵3、曲轴飞轮总成8、水泵风扇总成2、废气涡轮增压器9、空气滤清器10、齿轮室5、油底壳14、进气管1、排气管15、飞轮壳16。其缸心距为127mm，缸径为102～105mm，冲程为108～120mm。

其气缸盖12安装在气缸体4的顶面，活塞连杆机构5和曲轴飞轮总成7安装在气缸体4的内部，双轴平衡装置7位于油底壳14内，同油底壳14一起安装在气缸体4的下平面，进气管1和排气管15分别安装在气缸盖12的左、右两侧，配气机构11安装在气缸盖12的上部，空气滤清器10安装在进气管1的上面，废气涡轮增压器9安装在排气管15的上面，水泵风扇总成2安装在气缸体4的前端，齿轮室安装在气缸体4的前端，飞轮壳16安装在气缸体4的后端，组合式电控单体泵3安装在齿轮室5的后端面。

为使本实用新型所描述的产品尾气排放达非道路欧IIIA排放标准，产品的供油系统、燃烧系统都进行了优化设计及匹配试验验证。

供油系统采用组合式电控单体泵，该系统包括电控组合单体泵3、曲轴转速传感器13、水温传感器17、电子踏板19、进气温度压力传感器21、高速电磁阀22、燃油温度压力传感器23、喷油泵凸轮轴转速传感器24、线束25、电控单元26、高压油管18和喷油器20，喷油泵齿轮轮毂29安装在电控组合单体泵3驱动凸轮轴的前端，由锁紧螺母30锁紧，四个M10的螺栓将喷油泵齿轮28与喷油泵齿轮轮毂29固定，电控组合单体泵3前端的连接法兰28安装在齿轮室5的后端面，当发动机处于一缸压缩上止点时，喷油泵齿轮28与发动机的齿轮系按各齿轮上的记号安装。电控组合单体泵3在整机上的安装可与机械泵互换。单体泵供油始点与一缸压缩上止点的相位关系由正时销控制。考虑高的供油压力会使油泵驱动凸轮轴承受更大的弯矩，在泵体后部增加油泵托架进行辅助支撑。

电控组合单体泵3安装在发动机的一侧，喷油泵凸轮轴中心线相对曲轴中心的坐标位置分别为：水平方向C＝196±3mm，垂直方向D＝173±3mm，安装角γ＝20°±5°。

喷油器20采用P系列多孔、小孔径、低惯量喷油器，其水平安装角度α＝15°±1°，垂直安装角度β＝7°±1°，气缸盖12底面上喷油器安装孔中心相对气缸中心线的坐标位置分别为：水平方向E＝1.8±0.3mm，垂直方向F＝6.7±0.3mm。

双轴平衡机构7安装在发动机的油底壳14内，平衡轴座固定在发动机机体4的底面，两者采用空心定位销定位，强力螺栓固定。两个具有相同离心力的平衡轴对称于曲轴中心且水平安装在平衡轴座上，并安装有滑动止推轴承，平衡轴和轴承之间采用压力润滑，以此来减磨和控制平衡轴的轴向窜动，两平衡轴通过平衡轴盖及强力螺栓固定，通过空心定位销定位，保证安装精度，两平衡轴上还安装有防搅油的轻质半轴，以降低机油温升和减少功率消耗。

启动时，由蓄电池向启动电机供电，启动电机带动柴油机的曲轴飞轮总成8旋转，并通过与曲轴相连的连杆推动活塞在气缸体4内进行往复运动，压缩缸内混合气体。同时通过各齿轮的相互啮合运动，协调配气机构11的供气和组合式电控单体泵3的高压喷射系统供油，配合活塞的运动，按照时间顺序依次向气缸内供气、供油，完成进气、压缩、作功、排气冲程，最终将可燃混合气燃烧产生的热能转化为飞轮旋转的机械能输出。燃烧废气由排气管15进入废气涡轮增压器9，对进气进行压缩，提高充气效率。

柴油机运行过程中，组合式电控单体泵3高压喷射系统的被控对象为高速电磁阀22，其开启时刻决定供油提前角，开启持续时间决定循环供油量，供油提前角和循环供油量的良好组合影响可燃混合气了燃烧质量的优劣，最终决定废气排放物的高低。曲轴转速传感器13等各种传感器对柴油机运行工况进行实时监控，并将监测结果反馈至电控单元，电控单元根据控制策略在各个模块中查找相应的控制图，输出脉宽和定时信号，实时调整高速电磁阀22的开启时刻和开启持续时间，实现对柴油机喷油量和喷油定时的控制，以实现良好的燃烧，降低有害尾气的排放，从而达到现阶段的排放标准。

发动机运转时，双轴平衡轴机构7中的平衡轴I以两倍于发动机的角速度顺时针旋转，平衡轴II以两倍于发动机的角速度逆时针旋转。从而实现两平衡轴同速、反向旋转。它们旋转时产生的离心力在水平方向的分力因大小相等、方向相反而相互抵消，离心力在竖直方向产生的分力因大小和方向相同而形成合力与发动机二级往复惯性力相抵消，从而达到发动机的平衡，以此降低发动机的振动和由振动引起的发动机的噪声，改善了驾驶员工作的舒适性、增强了各零部件的可靠耐久性。

本实用新型是一款带有双轴平衡机构的低排放四缸电控柴油机，具有高功率、高可靠性、低油耗、低排放、低振动、低噪声的特点，废气排放满足非道路欧IIIA排放标准的要求。

本实用新型所描述的柴油机，并不局限于上述实施方式，可广泛用于大、中功率轮式拖拉机，中、小型工程机械及收获机械等机械产品的配套动力。

Claims (5)

1.一种低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，包括气缸体(4)、气缸盖(12)、活塞连杆机构(6)、配气系统(11)、平衡装置(7)、组合式电控单体泵(3)、曲轴飞轮总成(8)、水泵风扇总成(2)、废气涡轮增压器(9)、空气滤清器(10)、齿轮室(5)、油底壳(14)、进气管(1)、排气管(15)、飞轮壳(16)组成；其特征在于：气缸盖(12)安装在气缸体(4)的顶面，活塞连杆机构(6)和曲轴飞轮总成(8)安装在气缸体(4)的内部，双轴平衡装置(7)位于油底壳(14)内，同油底壳(14)一起安装在气缸体(4)的下平面，进气管(1)和排气管(15)分别安装在气缸盖(12)的左、右两侧，配气机构(11)安装在气缸盖(12)的上部，空气滤清器(10)安装在进气管(1)的上面，废气涡轮增压器(9)安装在排气管(15)的上面，水泵风扇总成(2)安装在气缸体(4)的前端，齿轮室(5)安装在气缸体(4)的前端，飞轮壳(16)安装在气缸体(4)的后端，组合式电控单体泵(3)安装在齿轮室(5)的后端面，柴油机的缸径为102～105mm，冲程为108～120mm，缸心距为127mm。

2.根据权利要求1所述的低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，其特征在于：组合式电控单体泵及其供油系统包括电控组合单体泵(3)、曲轴转速传感器(13)、水温传感器(17)、电子踏板(19)、进气温度压力传感器(21)、高速电磁阀(22)、燃油温度压力传感器(23)、喷油泵凸轮轴转速传感器(24)、线束(25)、电控单元(26)、高压油管(18)和喷油器(20)；喷油泵齿轮轮毂(29)安装在电控组合单体泵(3)驱动凸轮轴的前端，由锁紧螺母(30)锁紧，四个M10的螺栓将喷油泵齿轮(28)与喷油泵齿轮轮毂(29)固定，电控组合单体泵前端的连接法兰(27)安装在齿轮室(5)的后端面。

3.根据权利要求1所述的低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，其特征在于：电控组合单体泵(3)安装在发动机一侧，喷油泵凸轮轴中心线相对曲轴中心的坐标位置分别为：水平方向C＝117±3mm，垂直方向D＝200±3mm，安装角γ＝20°±5°。

4.根据权利要求1所述的低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，其特征在于：采用P系列多孔小孔径、低惯量喷油器(20)，喷油器(20)水平安装角度α＝15°±1°，垂直安装角度β＝7°±1°，气缸盖(12)底面上喷油器安装孔中心相对气缸中心线的坐标位置分别为：水平方向E＝1.8±0.3mm，垂直方向F＝6.7±0.3mm。

5.根据权利要求1所述的低排放四缸电控柴油机及其双轴平衡机构，其特征在于：双轴平衡机构(7)安装在油底壳(14)内，固定在发动机机体(4)的底面，采用空心定位销定位，强力螺栓固定；两平衡轴对称安装在平衡轴座上，并安装有止推轴承；平衡轴和轴承之间采用压力油润滑，两平衡轴都安装有防搅油的轻质半轴，两平衡轴通过平衡轴盖和强力螺栓固定在平衡轴座上，两者之间由空心定位销定位。

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