专利名称:一种非道路移动式机械用柴油机的制作方法
技术领域:
本实用新型涉及一种内燃机,特别是用于非道路移动式机械用动力配套的柴油机,非道路移动式机械主要包括工程机械、农业机械林、业机械和机场地勤设备。
背景技术:
随着非道路移动式机械品种和数量的不断增加,大量非道路移动式机械所消耗的资源、排放的污染物对环境产生了难以估计的负荷。为保护人类十分宝贵且有限的地球资源,实现全球可持续发展,提高操作人员的安全性及工作舒适性,努力达到人、机和环境的亲和,很有必要按照汽车行业的环保标准来设计非道路移动式机械产品。尽管目前非道路移动式机械尚未归并入限制排放的机动车行列,但随着国内外各大中城市对城市环境保护的日益重视,对机动车辆尾气排放用烟度、噪声等指标的限制愈来愈严格;特别是随着装载机等数量大的非道路移动式机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的环保意识,可以预见开发研制环保节能型产品是今后非道路移动式机械发展的趋势。随着全球经济一体化进程的加快和人们对环保意识的加强,国家对柴油机的排放法规日益严格,对道路用发动机从2004年9月1日起,执行欧II排放标准要求,2008年执行欧III,2010年争取与国际接轨。相对道路用发动机而言,非道路用发动机排放相对宽松些,但国家环保总局将于今年颁布新的排放标准,北京地区已先于2003年颁布并执行非道路用发动机排放标准DB11/185-2003,从这个标准看,与美国环保总署(EPA)标准的限值基本一致,但时间上晚了几年,DB11/185标准规定2003年实施Tier1,2005年实施Tier2,不能满足Tier1号非道路用发动机及其设备不能进入北京地区销售及使用。意味着我非道路用柴油机的技术状态需要有一个大的提升。由于柴油机的燃烧过程及其排放特性取决于混合气的形成,而燃烧室内的气流运动规律及其与喷注的匹配,直接影响着柴油机的混合气形成。因此合理地设计燃烧室的结构尺寸,有效地组织燃烧室内的气流运动,对改善柴油机燃烧过程以及排放控制,具有重要的意义。目前国内小吨非道路移动式机械用柴油机燃烧室大多采用传统的直口ω型,这种燃烧室不利于改善混合气质量,造成柴油机的排放污染物较为严重。国内采用直口ω燃烧室的小吨位非道路移动式机械柴油机最高可达到欧I标准水平,其排放污染物见表1所示。
表1 g/(kW·h)
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种减少排放污染物的非道路移动式机械用柴油机。
为达到解决上述技术问题的目的,本实用新型的非道路移动式机械用柴油机包括机体、缸套、配气系统、燃油供给系统、燃烧系统。
燃烧系统主要由气缸盖、活塞、气缸盖垫片组成,活塞顶部凹坑形状为缩口环型。燃油供给系统主要由喷油器、高压喷油泵组成,喷油器采用P系列无压力室低惯量喷油器,高压喷油泵采用VE燃油分配泵。
采用上述结构,缩口环型活塞顶部凹坑形状,其特征是上部有缩口,底部呈球状,底部中间有一大凸台,侧壁呈弧线状。其底部凸台高度h1为7.0~9.0毫米,燃烧室深度h2为19.0~20.5毫米,底部凸台直径d1为14.0~15.5毫米,上缩口圆直径d2为43.0~44.5毫米,侧壁环状最大直径d3为54.0~55.5毫米,底部球半径SR6.5~7.3毫米,底部凸台夹角β为20度。这种燃烧室可有效地组织适合于柴油机燃烧过程的气流运动,在压缩过程及膨胀过程中改善了气流运动及涡流强度的保存性,有利于混合气的形成和扩散燃烧。
VE燃油分配泵能保证喷油泵的泵端压力达到70~75兆帕。P系列无压力室低惯量3~5孔喷油器,喷孔直径为0.22~0.28毫米。该喷油器的运动件惯量小,对泵油的数量、压力和时间实行更精确的控制,燃油喷射时刻迅速准确,配合缩口环型燃烧室,就能做到油气之间既有宏观的均布和混合,又有微观的均布和混合,从而改善混合气形成和燃烧,使碳烟和碳氢化合物都显著降低。
机体采用高强度铸铁HT230材料,曲轴箱外表面其特征是呈曲面形并加设了水平和垂直交叉的加强筋,提高了刚度,降低变形振动,减少了噪声污染。气缸盖其特征是在结构上采用了横流式进排气道布置,与配气凸轮优化匹配,使柴油机充气效率较高,燃烧充分。
图1为本实用新型非道路移动式机械用柴油机燃烧系统结构示意图;图2为本实用新型非道路移动式机械用柴油机活塞顶部凹坑形状图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
由图1可知,本实用新型内燃叉车柴油机的燃烧室由气缸盖(2)、活塞(6)、气缸盖垫片(4)组成,活塞顶部凹坑形状为缩口环型,其特征是上部有缩口,底部呈圆弧,底部中间有一大凸台,侧壁呈弧线状,气缸盖(2)的底面内燃烧室设有进、排气门(7)各一个。利用燃烧室的上部缩口,在压缩行程中燃烧室内形成强烈的挤压涡流,与进气涡流一起形成复杂的空气运动,从而改善混合气的形成,降低燃烧过量空气系数,减小喷油提前角,从而降低了NOx的生成量。而侧面的弧线明显改善了油束的分布,并在高速时适当地抑制涡流强度,大大改善了燃烧。为减少气门下沉量,提高有效容积比,气门下沉量设定为0~0.2毫米;在气缸盖和机体间装有一张气缸盖垫片,通过控制其厚度,来保证正确的压缩余隙,压缩余隙为0.9~1.1毫米。横流式布置的进排气道,使柴油机充气效率较高,燃烧更充分。同时水平和垂直交叉设置加强筋的机体,提高了机体刚度,减少机体的变形振动,降低了噪声。
结合新柴牌493BPG柴油机对本实用新型作进一步详细的说明493BPG柴油机主要技术参数型式 直列、水冷、四冲程、直喷 燃烧室;缸数×缸径×行程mm4×93×102;总排量L 2.771;标定功率及转速kW/min36.8/2500;最大扭矩及转速N.m/min 160/1800~2000。
活塞顶凹坑的参数,根据多种方案试验对比,参数优选如下参数优选如下h1=7.8毫米,h2=19.5毫米,d1=14.3毫米,d2=43.9毫米,d3=54.1毫米,SR=7.0毫米,β=20度。气缸盖(2)的底面内燃烧室的进、排气门(7)下沉量为0.1毫米,在机体(5)和气缸盖(2)之间有一厚度为1.6毫米气缸盖衬垫(4)。喷油器(1)上与气缸中心线的安装角度α为10度,喷油器油咀(1)上有5个喷孔,喷孔直径为0.23毫米。喷油器喷射压力为20兆帕,喷油泵供油提前角为9~11度。
上述方案通过在493BPG型柴油机上试验,测得废气排放量和噪声见表2,达到美国EPA排放法规第二阶段(Tier2)水平。试验时的大气状况见表3。
表2g/(kW·h)
表3
本实用新型不局限于上述实施方式,只要活塞顶凹坑燃烧室的形状相同或相似,且选择的参数在本实用新型范围内,均属本实用新型保护之内。另外,所述的气缸盖上的二气门可用四气门,不仅适用于493BPG型柴油机及其变型机型,而且适用于任何中小功率柴油机,凡是使用上述方案的中小功率柴油机,均落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种非道路移动式机械用柴油机,包括机体、缸套、配气系统、燃油供给系统、燃烧系统等,其特征在于燃烧系统的活塞顶部凹坑形状为缩口环型,上部有缩口,底部呈球状,底部中间有一大凸台,侧壁呈弧线状,其参数为底部凸台高度h1为7.0~9.0毫米,燃烧室深度h2为19.0~20.5毫米,底部凸台直径d1为14.0~15.5毫米,上缩口圆直径d2为43.0~44.5毫米,侧壁环状最大直径d3为54.0~55.5毫米,底部球半径SR6.5~7.3毫米,底部凸台夹角β为20度;所述的喷油泵为VE燃油分配泵能保证泵端压力达到70~75兆帕;所述的喷油器为P系列无压力室低惯量3~5孔喷油器,喷孔直径为0.22~0.28毫米;所述的气缸盖进排气道为横流式布置,所述的机体具有水平和垂直交叉设置的加强筋。
专利摘要本实用新型公开了一种减少排放污染物的非道路移动式机械用柴油机。它包括机体、缸套、配气气系统、燃油供给系统、燃烧室系统。燃烧系统主要由气缸盖、活塞、气缸盖垫片组成,活塞顶部凹坑形状为缩口环型,其特征是上部有缩口,底部呈球状,底部中间有一大凸台,侧壁呈弧线状;燃油供给系统主要由喷油器、高压喷油泵组成,喷油器采用P系列无压力室低惯量喷油器,高压喷油泵采用VE燃油分配泵;气缸盖进排气道采用横流式布置,机体具有水平和垂直交叉设置的加强筋,采用上述燃烧室结构柴油机能减少废气排放量和降低噪声,测得废气排放量达到美国EPA排放法规第二阶段(Tier2)水平并噪声明显降低。
文档编号F02B23/06GK2874039SQ200520116869
公开日2007年2月28日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者杜海明, 钱雪梅, 曲相军, 程世权 申请人:浙江新柴动力有限公司