專利名稱：水冷四缸柴油機及其平衡機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水冷四缸柴油機及其平衡機構。
背景技術：
四缸內燃機的二級往復慣性力為單缸機的四倍，其方向是在氣缸中心線上，頻率為發(fā)動機轉速的二倍，而其數值按簡化公式計為4×λ×mj×r×ω2×cos2α(N)式中λ為連桿的一個結構參數，即 mj為一個缸的往復運動質量(kg)r為曲拐半徑(m)ω為曲軸的旋轉角速度(rad./s)α為曲軸轉角(度或rad)此種兩級往復慣性力在要求較高的乘坐車上會引起不舒適感。發(fā)動機缸徑行程愈大，轉速愈高，這種慣性力愈大，引起的不舒適感愈強。因此大缸徑汽車用發(fā)動機很少采用四缸機。尤其對斯太爾WD615柴油機126mm這樣大缸徑的汽車用柴油機來說，目前在國內外尚未見到過四缸機的報導。
為要消除這種慣性力的影響，必須用Lanchest平衡機構的辦法，其原理是用一對旋轉方向相反，轉速兩倍于發(fā)動機轉速并帶有不平衡質量的軸在氣缸中心線方向產生一個與二級往復慣性力方向相反，大小相等的往復力，則可以完全或部分消除二級往復慣性力的影響。
但如實施Lanchest的平衡原理，在具體結構上可以有許多不同的方案。
上海柴油機廠在上柴D4114增壓中冷柴油機上采取的結構是在曲軸的第六曲柄臂(即第三缸的后曲柄臂)上安裝一個大直徑的齒圈。在一個平衡機構上有一個齒數為1/2的齒輪與之相嚙合，則這個齒輪的轉速即為發(fā)動機轉速的兩倍。這個齒輪裝在一根帶有平衡塊(即不平衡質量)的軸上。另有一根帶有相同平衡塊的軸用齒數相同的齒輪與這根軸的齒輪嚙合，則這兩根軸的轉速相等(同為發(fā)動機轉速的兩倍)而方向相反。這種結構可以完全平衡發(fā)動機的二級往復慣性力。
但上柴的結構也存在如下的不足在第六曲柄臂上安裝齒圈，則要減少第六曲柄臂上平衡塊的質量，為此曲軸上第二、第三及第七三個曲柄臂上平衡塊的質量要作同樣的減少，否則要產生強烈的一級往復不平衡力或不平衡力矩的。這種曲軸平衡塊質量的減少勢必會增加主軸瓦的平均軸承負荷及增加曲軸中間主軸頸承受的內力矩(與不裝平衡機構的曲軸相比)。
玉柴股份有限公司在他們的發(fā)動機上采取的結構是將大齒圈安裝在第八曲柄臂(即第四缸后曲柄臂)上。這樣的布置有利于齒輪的安裝，但必須同時減少一、第三或四、及第五或六三個曲柄臂上平衡塊的質量，否則，也要產生強烈的一級往復不平衡力或不平衡力矩的。這種曲軸平衡塊質量的減少比上柴的方案更不利于主軸承的平均負荷及中間主軸頸的內力矩。
發(fā)明內容
本實用新型要解決的是現(xiàn)有的平衡機構存在的上述缺陷，提供一種改進型的平衡機構及利用該平衡機構制作的水冷四缸柴油機。解決上述問題所采用的技術方案是水冷四缸柴油機的平衡機構，在曲軸的第八曲柄臂上設有大齒圈，在平衡箱內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸，所述第一平衡軸上設有與所述大齒圈相嚙合的第一齒輪以及與所述第二平衡軸上所設齒輪相嚙合的第二齒輪；其主要特點在于在所述大齒圈上還設有補償所述第八曲柄臂上減少的平衡質量的平衡塊。
一種采用上述平衡機構制作的水冷四缸柴油機，包括氣缸、活塞連桿機構、配氣機構、燃燒系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、飛輪室和油底殼，所述的活塞連桿機構的曲軸上設有八個曲柄臂，在所述的第八曲柄臂上設有大齒圈，其主要特點在于所述的油底殼內設有平衡機構，所述平衡機構的箱體內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸，所述第一平衡軸上設有與所述大齒圈相嚙合的第一齒輪以及與所述第二平衡軸上所設齒輪相嚙合的第二齒輪；在所述大齒圈上還設有補償所述第八曲柄臂上減少的平衡質量的平衡塊。
本實用新型的平衡機構，大齒圈安裝在第八曲柄臂(即第四缸后曲柄臂)上，第八曲柄臂上的平衡塊即相應削弱了，同時采取了在大齒圈上加上一塊平衡塊的方法，來補償第八曲柄臂上減少的平衡質量。這樣本方案完全避免了由于為安裝加強大齒圈而不利于主軸承平均負荷及第四主軸頸的內力矩的影響，從而更有利于降低發(fā)動機的振動。改進后的平衡機構運用在大缸徑汽車用發(fā)動機上，如斯太爾WD615柴油機，將原來的六缸機改進為四缸機，在保持原六缸機的性能的前提下，可使產品的結構更為緊湊，同時可減小體積，降低成本。
作為本實用新型的進一步改進，所述的大齒圈與第一平衡軸的第一齒輪的傳動比為1∶2，所述兩個平衡軸齒輪間的傳動比為1∶1，使得兩根平衡軸以兩倍于發(fā)動機轉速旋轉。所述的大齒圈與第八曲柄臂通過止口連接，而后采用螺栓固定。由于大齒圈與第八曲柄臂通常采用熱套法固定，因而曲柄臂必須采用園盤形結構。而本方案曲柄臂的毛坯形狀可以完全與無平衡機構的發(fā)動機的曲柄臂一樣。這樣，安裝平衡機構與不安裝平衡機構的發(fā)動機的曲軸毛坯可以完全一樣。當需安裝平衡機構時，第八曲柄臂只需再增加一道固定所述大齒圈用的止口的車削工序即可。
作為本實用新型的再進一步改進，每個平衡軸上至少有兩對平衡塊設置在固定所述平衡軸的軸承兩側。由于平衡塊跨接在軸承兩側，使平衡軸在高速旋轉時由于不平衡質量的離心力所造成的彎曲變形最小，可顯著改善軸承的工作情況，有利于平衡機構的可靠性與壽命。
作為本實用新型的更進一步改進，為了使產品結構更為緊湊，可適當減少跨接在軸承兩側的平衡塊的回轉半徑，同時在所述兩對平衡塊之間還設有另一個平衡塊，以補足不平衡量。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型水冷四缸柴油機的結構示意圖。
圖2是
圖1的后視圖。
圖3是本實用新型平衡機構的結構示意圖。
圖4是圖3的A-A向剖視圖。
圖5是本實用新型大齒圈的結構示意圖。
圖6是第一平衡軸的結構示意圖。
圖7是第二平衡軸的結構示意圖。
圖8是圖3-7實施例中第一平衡軸在B-B向的剖視放大圖。
圖9是本實用新型平衡機構帶有中間平衡塊實施方式的結構示意圖。
圖10是圖9實施例中平衡軸在C-C向的剖視放大圖。
具體實施方式
附圖所示1-風扇，2-呼吸器，3-氣缸蓋罩，4-排氣管，5-氣缸蓋，6-增壓器，7-飛輪殼，8-平衡機構，9-曲軸，10-油底殼，11-機油濾清器，12-機油冷卻器，13-曲軸皮帶輪，14-進氣管，15-出水管，16-節(jié)溫器，17-齒輪室，18-噴油泵，19-噴油泵托架，20-起動電機，21-噴油泵總成，22--中冷管，23-大齒圈上平衡塊，31-曲柄臂，32-曲軸，33-平衡箱，34-第一平衡軸，35-平衡軸齒輪，36、37、38、39-平衡塊，40-第二平衡軸，41-平衡軸齒輪，42-止口，43、44-軸承，45-大齒圈，46-螺栓，47-中間平衡塊，48-齒輪，49-與軸承配合的曲頸參照
圖1、2，水冷四缸柴油機，缸徑為126mm，沖程為130mm，發(fā)動機總排量為6.48L。主要性能參數如下額定功率177kW/2200r/min最大扭矩970N.m/1300～1500r/min總功率最低燃油消耗率198g/kW.h排放達到歐II標準。
其主要結構與斯太爾WD615系列柴油機保持一致，包括氣缸、活塞連桿機構、配氣機構、燃燒系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、飛輪室和油底殼，等缸心距150mm、一缸一蓋、氣門安裝位置不變。
柴油機的氣缸蓋、活塞連桿機構、配氣機構、齒輪傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及齒輪室、飛輪、飛輪殼等盡可能與WD615歐II增壓中冷機型通用，有利于產品的生產組織和銷售配套。
考慮到產品要達到歐II排放標準，氣缸蓋、氣缸套、齒輪室、燃燒系統(tǒng)，配氣系統(tǒng)都與斯太爾WD615歐II機型相同。
活塞頭部燃燒室通過試驗選取淺縮口型，對整體的動力性、經濟性、煙度、排放等都起了重要作用?；钊共啃途€的設計方向是保證活塞與氣缸套之間間隙小，又不會拉傷。
連桿小頭頭部為楔型結構，以提高其可靠性。
由于國內的四缸柴油機缸徑都比較小，大多采用法蘭式油泵。因而本實用新型的水冷四缸柴油機從總體布置來說，還是采用托架式油泵比較方便，前端的空壓機可以不變，只需縮短聯(lián)軸器。噴油嘴則采用多噴孔、小孔徑，噴油器開啟壓力則高達300bar，這有利于改善性能，降低排放。
將六缸機改造為四缸機，其中平衡機構的設計是關鍵所在。四缸機不同于六缸機，其存在不平衡的二階往復慣性力，不能通過改變曲軸平衡塊的設計來抵消，它引起的振動將嚴重影響發(fā)動機的可靠性及汽車的舒適性。
參照圖3--8，在曲軸32的第八曲柄臂31(即第四缸后曲柄臂)上設有大齒圈45，所述的大齒圈45與第八曲柄臂31通過止口42連接，而后采用螺栓46固定。在所述大齒圈45上還設有平衡塊23，補償所述第八曲柄臂31上減少的平衡質量。本實用新型的平衡機構8設置在油底殼10內，在平衡機構的箱體33內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸34、40，所述第一平衡軸34上設有與所述大齒圈45相嚙合的第一齒輪35及與所述第二平衡軸40上所設齒輪41相嚙合的第二齒輪48；所述的大齒圈與第一平衡軸的第一齒輪的傳動比為1∶2，所述兩個平衡軸齒輪間的傳動比為1∶1，使得兩根平衡軸以兩倍于發(fā)動機轉速旋轉。每個平衡軸上有兩對平衡塊36、37、38、39分別對稱設置在固定所述平衡軸的軸承43、44兩側。平衡塊的形狀為底部呈圓角的扇型。
圖9、10為本實用新型另一實施方式的結構示意圖。與前一實施方式不同之處在于平衡塊的回轉半徑較小，同時在所述兩對平衡塊之間還設有另一個平衡塊47，以補足不平衡量，使得產品結構更為緊湊。從
圖10可見，中間平衡塊47的截面積呈扇型，回轉半徑較小。
本實用新型的水冷四缸柴油機，具有高功率、高可靠性、低排放、低油耗、低振動和低噪聲的特點。實驗證明，其振動和噪聲達到同類六缸機標準。
本實用新型的水冷四缸柴油機及其平衡機構并不局限于上述實施方式，可廣泛應用于5～8噸載貨汽車及8～10m左右中型客車中。
權利要求1.水冷四缸柴油機的平衡機構，在曲軸(32)的第八曲柄臂(31)上設有大齒圈(45)，平衡箱(33)內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸(34、40)，所述第一平衡軸(34)上設有與所述大齒圈(45)相嚙合的第一齒輪(35)及與所述第二平衡軸(40)上所設齒輪(41)相嚙合的第二齒輪(48)；其特征在于在所述大齒圈(45)上還設有補償所述第八曲柄臂(31)上減少的平衡質量的平衡塊(23)。
2.如權利要求1所述的平衡機構，其特征在于所述的大齒圈(45)與第一平衡軸齒輪(35)的傳動比為1∶2，所述兩根平衡軸齒輪(35、41)之間的傳動比為1∶1。
3.如權利要求2所述的平衡機構，其特征在于所述第八曲柄臂(31)的毛坯形狀與其他曲柄臂相同。
4.如權利要求3所述的平衡機構，其特征在于所述大齒圈(45)與第八曲柄臂(31)采用螺栓(46)固定。
5.如權利要求4所述的平衡機構，其特征在于所述的大齒圈(45)與第八曲柄臂(31)通過止口(42)定位。
6.如權利要求1-5任何一項所述的平衡機構，其特征在于每根平衡軸上至少有兩對平衡塊(36、37、38、39)分別設置在固定所述平衡軸的軸承(43、44)兩側。
7.如權利要求6所述的平衡機構，其特征在于所述跨接在軸承兩側的兩對平衡塊呈對稱設置。
8.如權利要求7所述的平衡機構，其特征在于在所述兩對平衡塊之間還設有另一個平衡塊(47)。
9.一種采用如權利要求1所述的平衡機構制作的水冷四缸柴油機，包括氣缸、活塞連桿機構、配氣機構、燃燒系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、飛輪室和油底殼，所述的活塞連桿機構的曲軸(32)上設有八個曲柄臂，在所述的第八曲柄臂(31)上設有大齒圈(45)，其特征在于所述的油底殼(10)內設有平衡機構，所述平衡機構的箱體(32)內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸(34、40)，所述第一平衡軸(34)上設有與所述大齒圈(45)相嚙合的第一齒輪(35)及與所述第二平衡軸(40)上所設齒輪(41)相嚙合的第二齒輪(48)；在所述大齒圈(45)上還設有補償所述第八曲柄臂(31)上減少的平衡質量的平衡塊(23)。
10.如權利要求9所述的水冷四缸柴油機，其特征在于所述柴油機的缸徑為126mm，行程為130mm。
專利摘要本實用新型公開了一種水冷四缸柴油機及平衡機構。該平衡機構，在曲軸的第八曲柄臂上設有大齒圈，在平衡箱內設有一對旋轉方向相反、且設有齒輪和平衡塊的平衡軸；其主要特點在于在所述大齒圈上還設有補償所述第八曲柄臂上減少的平衡質量的平衡塊。本方案完全避免了由于為安裝加強大齒圈而不利于主軸承平均負荷及第四主軸頸的內力矩的影響，從而更有利于降低發(fā)動機的振動。改進后的平衡機構運用在大缸徑汽車用發(fā)動機上，將原來的六缸機改進為四缸機，在保持原六缸機的性能的前提下，可使產品的結構更為緊湊，同時可減小體積，降低成本。
文檔編號F02B75/06GK2600598SQ03228359
公開日2004年1月21日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權日2003年1月22日
發(fā)明者張直誠, 劉宏, 王慧, 舒暢, 池曉谷, 周柳均 申請人:杭州汽車發(fā)動機廠