专利名称：可变缸径变行程的单缸机试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单缸机试验装置，特别是一种可变缸径变行程的单缸机试验装置。
背景技术：
近年来，由于单缸机试验装置相比整机具有可排除缸与缸之间相互干扰而获取更为准确的工作过程试验数据、零部件拆装方便、可加快试验速度等优点，因而在发动机研制过程中发挥了越来越重要的作用，尤其是对缸径大于150mm的大功率柴油机的研制。通过运用单缸模拟整机技术，可精确预测多缸机性能，节约了产品研制的时间和成本。单缸机试验装置主要承担燃烧开发、关键零部件验证以及专项试验开发任务，在针对不同机型的试验开发时，单缸机试验装置的配置以及具体研究内容变化很大。目前，针对不同机型，单缸机试验装置一直遵循着这样的研制方法:从头开始单独进行单缸机试验装置的构想、设计、结构验证、机械加工以及装配，用这样的方法最终常常能够满足某一具体机型的研发需求，若开发不同缸径·、不同行程的新一类机型，则必须另外研制开发新的单缸机试验装置，因此开发成本高，研制周期长。图1为现有的一种单缸机试验装置的结构示意图，如图1所示，造成目前单缸机试验装置仅能满足单一机型需求的主要原因在于:机体I为整体式结构，当需要进行新机型开发时，机体I需重新研制，而单缸机试验装置的主要零部件几乎都与机体I相关联，因此更换机体I几乎等同于重新研制一台新的单缸机试验装置；安装燃油凸轮轴2和进排气凸轮轴3的凸轮轴箱与机体I为整体式结构，因此在进行诸如多凸轮轴方案试验时，需更换不同的机体I;无法对燃油凸轮轴2和进排气凸轮轴3的齿轮传动方式进行灵活调整，在进行多方案试验或新机型开发时，需对其重新进行研制。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可变缸径变行程的单缸机试验装置，以减少整机开发成本，缩短研制周期。本发明提供的可变缸径变行程的单缸机试验装置包括气缸、位于所述气缸内的活塞、与所述活塞相连的连杆、与所述连杆相连的曲轴、传动机构、进排气凸轮轴、燃油凸轮轴、气缸体、曲轴箱体、进排气凸轮轴及燃油凸轮轴；所述进排气凸轮轴及所述燃油凸轮轴通过所述传动机构与所述曲轴相连；所述进排气凸轮轴安装于所述进排气凸轮轴箱中，所述燃油凸轮轴安装于所述燃油凸轮轴箱中，所述进排气凸轮轴箱和所述燃油凸轮轴箱分别与所述气缸体通过所述第二连接件相连接；所述气缸安装于所述气缸体中，所述凸轮轴安装于所述凸轮轴箱中，所述曲轴安装于所述曲轴箱体中；所述气缸体与所述曲轴箱体通过第一连接件相连接，所述凸轮轴箱与所述气缸体通过第二连接件相连接。
由于机体结构米用模块化设计,机体的气缸体与气缸直径相关，而曲轴箱体则与气缸直径无关，因此调整气缸直径时仅需更换气缸体部分。独立的凸轮轴箱结构使得在进行凸轮轴多方案试验时，仅需更换凸轮轴箱，模块化的设计还可灵活布置凸轮轴的位置，可方便进行不同配气机构的试验，从而减少整机开发成本，缩短研制周期。在本发明一较佳实施例中，所述传动机构包括凸轮轴传动齿轮、第一惰轮、第二惰轮及曲轴齿轮，所述凸轮轴传动齿轮、所述第一惰轮、所述第二惰轮及所述曲轴齿轮依次啮合传动。较佳地，所述凸轮轴传动齿轮及所述第一惰轮安装于所述气缸体中，所述第二惰轮及所述曲轴齿轮安装于所述曲轴箱体中。或者，所述凸轮轴传动齿轮及所述第一惰轮安装于所述凸轮轴箱中，所述第二惰轮及所述曲轴齿轮安装于所述曲轴箱体中。传动机构的设计采用了柔性可调传动系统设计，在针对不同机型变换时，凸轮轴传动齿轮及所述第一惰轮可与气缸体或凸轮轴箱同时更换，因此可以实现对传动机构的灵活调整，在进行多方案试验或新机型开发时无需对其进行重新研制。在本发明的另一较佳实施例中，所述传动机构包括凸轮轴传动齿轮、传动链及曲轴齿轮，所述传动链连接所述凸轮轴传动齿轮与所述曲轴齿轮。链式传动的结构形式可以使传动机构的布置和设计更为灵活。较佳地，本发明所提供的单缸机试验装置还包括质量平衡系统及机座，所述质量平衡系统包括平衡轴和平衡块，所述平衡块安装于所述平衡轴之上，所述平衡轴安装于所述机座中。较佳地，本发明所提 供的单缸机试验装置还包括第一平衡轴传动齿轮及第二平衡轴传动齿轮，所述曲轴齿轮、所述第一平衡轴传动齿轮与所述第二平衡轴传动齿轮依次啮合传动。较佳地，所述第一平衡轴传动齿轮与所述第二平衡轴传动齿轮安装于所述机座中。较佳地，所述第一连接件为螺栓，所述第二连接件为螺钉。质量平衡系统也采用模块化设计，分为平衡轴和平衡块两个部分，因此在变缸径变行程时，平衡轴等主体结构可保持不变，仅对平衡块重量进行适量调整，即可满足不同机型的需要。本发明所提供的单缸机试验装置不仅结构紧凑、布置简单、拆装方便，而且只需更换少量零部件便可快速完成不同缸径、不同行程单缸机试验装置改造并形成试验能力，极大地减少了整机开发成本，提高了试验室及试验室辅助系统的利用效率，并缩短了研制周期。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1为现有的一种单缸机试验装置的结构示意图。图2为本发明的较佳实施例中的一种单缸机试验装置的结构示意图。
图3为图2所示的单缸机试验装置中的传动机构的结构示意图。
具体实施例方式图2及图3示出了本发明提供的可变缸径变行程的单缸机试验装置的一个较佳实施例。如图2及图3所示，本发明的较佳实施例中的一种单缸机试验装置100采用模块化设计，机体主要由气缸盖101、进排气凸轮轴箱102、燃油凸轮轴箱103、气缸体104、曲轴箱体105及机座106组成，主要部件包括活塞110、气缸111、气缸套112、连杆113、曲轴114、主轴承盖115、进排气凸轮轴116、燃油凸轮轴117、质量平衡系统118以及传动机构120。气缸111外侧套装气缸套112，并与其一同安装在气缸体104中，连杆113的两端分别与活塞110及曲轴114相连接，活塞110在气缸111中作循环往复运动。进排气凸轮轴116、燃油凸轮轴117与曲轴114通过传动机构120相连接。进排气凸轮轴116和燃油凸轮轴117分别安装于进排气凸轮轴箱102和燃油凸轮轴箱103中，曲轴114安装于曲轴箱体105中。
在本实施例中，由于进排气凸轮轴箱102、燃油凸轮轴箱103、气缸体104及曲轴箱体105皆采用了独立的模块化设计，仅气缸体104的结构与气缸直径相关，曲轴箱体105与气缸直径基本无关，因此，在变换机型或进行多方案研究时，仅需根据需要，选择性地更换进排气凸轮轴箱102、燃油凸轮轴箱103、气缸体104及曲轴箱体105，而无需更换整个机体。在变换不同机型时，可根据实际匹配机型的气缸盖101、气缸套112、活塞110、连杆113、进排气凸轮轴116及燃油凸轮轴117等零部件的安装接口要求设计气缸体104，在变缸径变行程时，可根据所采用机型具体情况，改变设计和更换气缸体104，而不用更换曲轴箱体105。由于曲轴箱体105与气缸直径基本无关，可按满足最大工作能力对其进行设计，以便在进行变缸径变行程设计时，不用更换曲轴箱体105，机座106也可保持不变。模块化的进排气凸轮轴箱102和燃油凸轮轴箱103使得凸轮轴可灵活布置，方便进行不同配气机构的试验。进排气凸轮轴116、燃油凸轮轴117的轴颈尺寸可按满足最大能力工作要求进行设计，在变化过程中无需更换凸轮轴衬套等零部件。在本实施例中，气缸体104与曲轴箱体105之间通过螺栓107连接，气缸体104与进排气凸轮轴箱102及燃油凸轮轴箱103之间通过螺钉108相连接，而在其他实施例中，气缸体104与曲轴箱体105之间也可通过螺钉连接，气缸体104与进排气凸轮轴箱102及燃油凸轮轴箱103之间通过螺栓相连接，或者采用其他连接件，本发明对此不作限制。在本实施例中，凸轮轴为分开的两根，即进排气凸轮轴116和燃油凸轮轴117，在其他实施例中，也可以根据不同的发动机，设计为两者合一的一根凸轮轴，相应地，配合一个凸轮轴箱即可，本发明对此不作限制。在本较佳实施例中，曲轴114的主轴颈尺寸可按满足最大工作能力设计，以便针对不同机型可保留主轴承盖115，曲柄销部位尺寸与匹配机型的连杆113相适应。质量平衡系统118也采用了模块化设计，分为平衡轴和平衡块两个部分，平衡块安装于平衡轴之上，平衡轴安装于机座106中，机座106与曲轴箱体105相连接。在变缸径变行程时，平衡轴等主体结构可保持不变，仅对平衡块重量进行适量调整，以满足不同机型的需要。
如图3所示,本较佳实施例中的传动机构120包括依次啮合传动的凸轮轴传动齿轮121、第一惰轮122、第二惰轮123、曲轴齿轮124、第一平衡轴传动齿轮125和第二平衡轴传动齿轮126。本领域的技术人员可知，当采用进排气凸轮轴和燃油凸轮轴两者合一的凸轮轴时，仅使用一个凸轮轴传动齿轮，当采用进排气凸轮轴和燃油凸轮轴分开的两根凸轮轴时，需要两个凸轮轴传动齿轮。图3中仅示出其中一个，而省略了另一个。凸轮轴传动齿轮121及第一惰轮122安装在气缸体104上，第二惰轮123及曲轴齿轮124安装在曲轴箱体105中，而第一平衡轴传动齿轮125和第二平衡轴传动齿轮126安装在机座106中。在针对不同机型变换时，凸轮轴传动齿轮121及第一惰轮122可与气缸体104同时更换，无需对第二惰轮123、曲轴齿轮124、第一平衡轴传动齿轮125和第二平衡轴传动齿轮126进行调整。在其他实施例中，凸轮轴传动齿轮121及第一惰轮122可安装在进排气凸轮轴箱102或燃油凸轮轴箱103上，在针对不同机型变换时，可与其同时更换。传动机构120还可以采用链式传动，例如，用传动链来代替第一惰轮122和第二惰轮123，连接凸轮轴传动齿轮121和曲轴齿轮124，当凸轮轴传动齿轮121和曲轴齿轮124之间的相对位置发生改变时，只需要调整或更换传动链即可，从而使得整个传动机构的布置和设计更为灵活。综上所述，相比已有技术，本发明所提供的可变缸径变行程的单缸机试验装置具有如下显著有益效果:模块化的设计使得单缸机结构紧凑，布置简单，拆装方便；通用性好，针对不同机型，单缸机无需更换整个机体部件，而只需更改少量零部件，便可快速完成不同缸径、不同行程单缸机试验装置改造并形成试验能力，可极大地减少柴油机整机开发成本，提高试验室及试验室辅助系统的利用效率，并缩短研制周期。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的 权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，包括气缸、位于所述气缸内的活塞、与所述活塞相连的连杆、与所述连杆相连的曲轴、传动机构、进排气凸轮轴、燃油凸轮轴、气缸体、曲轴箱体、进排气凸轮轴及燃油凸轮轴；所述进排气凸轮轴及所述燃油凸轮轴通过所述传动机构与所述曲轴相连；所述进排气凸轮轴安装于所述进排气凸轮轴箱中，所述燃油凸轮轴安装于所述燃油凸轮轴箱中，所述进排气凸轮轴箱和所述燃油凸轮轴箱分别与所述气缸体通过所述第二连接件相连接；所述气缸安装于所述气缸体中，所述凸轮轴安装于所述凸轮轴箱中，所述曲轴安装于所述曲轴箱体中；所述气缸体与所述曲轴箱体通过第一连接件相连接，所 述凸轮轴箱与所述气缸体通过第二连接件相连接。
2.根据权利要求1所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述传动机构包括凸轮轴传动齿轮、第一惰轮、第二惰轮及曲轴齿轮，所述凸轮轴传动齿轮、所述第一惰轮、所述第二惰轮及所述曲轴齿轮依次啮合传动。
3.根据权利要求2所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述凸轮轴传动齿轮及所述第一惰轮安装于所述气缸体中，所述第二惰轮及所述曲轴齿轮安装于所述曲轴箱体中。
4.根据权利要求2所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述凸轮轴传动齿轮及所述第一惰轮安装于所述凸轮轴箱中，所述第二惰轮及所述曲轴齿轮安装于所述曲轴箱体中。
5.根据权利要求1所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述传动机构包括凸轮轴传动齿轮、传动链及曲轴齿轮，所述传动链连接所述凸轮轴传动齿轮与所述曲轴齿轮。
6.根据权利要求5所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，还包括质量平衡系统及机座，所述质量平衡系统包括平衡轴和平衡块，所述平衡块安装于所述平衡轴之上，所述平衡轴安装于所述机座中。
7.根据权利要求6所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，还包括第一平衡轴传动齿轮及第二平衡轴传动齿轮，所述曲轴齿轮、所述第一平衡轴传动齿轮与所述第二平衡轴传动齿轮依次啮合传动。
8.根据权利要求7所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述第一平衡轴传动齿轮与所述第二平衡轴传动齿轮安装于所述机座中。
9.根据权利要求1所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述第一连接件为螺栓。
10.根据权利要求1所述的可变缸径变行程的单缸机试验装置，其特征在于，所述第二连接件为螺钉。
全文摘要
本发明提供了一种可变缸径变行程的单缸机试验装置，其包括气缸、位于气缸内的活塞、与活塞相连的连杆、与连杆相连的曲轴、传动机构、进排气凸轮轴、燃油凸轮轴、气缸体、曲轴箱体、进排气凸轮轴及燃油凸轮轴；进排气凸轮轴及燃油凸轮轴通过传动机构与曲轴相连；进排气凸轮轴安装于进排气凸轮轴箱中，燃油凸轮轴安装于燃油凸轮轴箱中，进排气凸轮轴箱和燃油凸轮轴箱分别与气缸体通过第二连接件相连接；气缸安装于气缸体中，凸轮轴安装于凸轮轴箱中，曲轴安装于曲轴箱体中；气缸体与曲轴箱体通过第一连接件相连接，凸轮轴箱与气缸体通过第二连接件相连接。该单缸机试验装置结构紧凑、布置简单、拆装方便，整机开发成本低，研制周期短。
文档编号F02B75/40GK103216329SQ20131014343
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者任林, 梁刚, 王 锋, 陈志忠, 李新才, 李丽婷, 叶斌, 朱清, 张慧, 田雨生 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所