專利名稱：一種仿真柴油機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機領域，尤其涉及一種仿真柴油機。
技術背景船舶輪機模擬器是各國航運界都十分重視的仿真項目，先后研制出多種類 型和不同功能的船舶輪機;漠擬器，但在這些船舶輪機模擬器中，對船舶主動力 柴油機的仿真目前還僅限于計算機軟件仿真，比如，通過數(shù)學模型仿真計算出 柴機運油行過程的相關熱工參數(shù)，再配合功能筒單的三維動畫顯示來表達柴油 機運轉的一般概念，而對于柴油機內部運動部件(曲軸、連桿、活塞、鏈條、 凸輪軸、排氣閥等)準確的運動過程，特別是，關于氣缸內部燃燒室中發(fā)火時 序和燃燒過程、排氣閥開啟時序和啟/閉過程等重要工況的描述，以往的仿真方 式是根本無法實現(xiàn)的。發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種對柴油機的內部工作過程等進行 實物仿真的仿真柴油機。為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種仿真柴油機，包括柴油機機體構架靜止 部件、柴油機機體構架運動部件，其中，所述柴油機的至少一個氣缸及包覆該 氣缸的靜止部件為剖切處理。并且，所述剖切處理部分還包括包覆對應所述氣缸的活塞、連桿、曲軸、 排氣閥的靜止部件。另外，所述柴油機才幾體構架運動部件至少包括曲軸、連桿、活塞、排氣閥， 為了模擬燃燒過程，所述剖切處理的氣缸燃燒室壁上設有發(fā)光器件。另一方面，為了模擬發(fā)火時序和排氣閥啟/閉時序，所述曲軸設有遮光板，該遮光板的一端連接于曲軸；所述遮光4反的兩側遮蔽區(qū)域內分別對應設有固定 于曲柄箱內壁的紅外發(fā)射頭和紅外接收頭。
為了更好的達到上述模擬效果，所述遮光板垂直于曲軸連接，所述紅外發(fā)射頭和紅外接收頭均設置于支架上，所述支架的一端固定于所述曲柄箱內壁；并且，所述遮光板、紅外發(fā)射頭支架、紅外接收頭支架三者平行，所述紅外發(fā) 射頭和紅外接收頭分別位于所述遮光板兩側的垂直投影遮蔽區(qū)域內。其中，為了驅動所述仿真柴油機，其還包括至少一個電機，該電機驅動所 述柴油機機體運動部件中的曲軸轉動，進而曲軸帶動其他運動部件運轉。優(yōu)選的，所述柴油機機體構架運動部件至少包括曲軸、連桿、活塞、排氣閥，并且所述剖切處理的氣缸燃燒室壁上設有發(fā)光器件；所述曲軸設有遮光板，該遮光板的一端連接于曲軸；所述遮光板的兩側遮蔽區(qū)域內分別對應設有固定于曲柄箱內壁的紅外發(fā)射頭和紅外接收頭； 所述仿真柴油枳近包括至少一個電機，該電機驅動所述曲軸轉動。 其中，為了控制仿真柴油機各個工作時序，其還包括脈沖觸發(fā)整形電路、發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路、紅外發(fā)射頭控制電路；所述脈沖觸發(fā)整形電^4矣收所述紅外接收頭的輸出信號并整形輸出方波信號，該方波信號觸發(fā)所述發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路驅動所述發(fā)光器件和/或排氣閥的開/關；所述紅外發(fā)射頭控制電路在所述電機轉動時控制所述紅外發(fā)射頭工作。可選的，所述電f茲閥的閥芯連4妻控制所述排氣閥開閉的閥桿。優(yōu)選的，所述電機為變頻電機，其受控于變頻器，該變頻器接收外部控制信號。實施本發(fā)明，能夠對柴油機主機的內/外部結構、運動部件、發(fā)火時序、燃 燒過程、排氣閥啟/閉時序和啟/閉過程等進行準確的實物仿真和形象的效果模 擬，從而更有助于學習和理解柴油機的工作原理。


圖1是本發(fā)明仿真柴油機的單缸剖切的正面結構圖； 圖2是圖1所示仿真柴油^f幾的結構框圖；圖3是圖1所示仿真柴油機曲軸的設置傳感器部分及曲柄箱的橫切面視圖；圖4是圖1所示仿真柴油機的燃燒室局部剖視圖；圖5是圖1所示仿真柴油機的時序控制部分的結構框圖6是圖3中紅外發(fā)射頭/接收頭支架及遮光板的具體結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述。首先，簡要闡述本發(fā)明的原理。本發(fā)明通過將真實柴油機按比例進行縮小 制造，并且將其中至少一個氣缸進行剖切處理，進而暴露出其內部運動部件的 運動過程以有助于理解其內部的原理。同時，在燃燒室壁上設置發(fā)光器件，并 在所述仿真柴油機的曲軸設置氣缸發(fā)火燃燒紅外傳感器和排氣閥開/閉傳感器， 時序控制部分根據所述兩個紅外傳感器的信號來控制所述發(fā)光器件的開關以及 排氣閥的開閉，進而更準確的模擬真實柴油機的運行情況。參考圖1,圖示了本發(fā)明仿真柴油機的單缸剖切的正面結構圖。本實施例中仿真柴油機包括8個氣缸，其中最右邊氣缸及其對應曲軸部分進行剖切處理以暴露其內部運動部件的運動過程。如圖所示，該仿真柴油機包括仿真柴油機機體構架靜止部件中的機殼1,該機殼1上設置開口 2和開口 3分別暴露氣缸及該 氣缸對應的曲軸部分。通過開口 2可以觀察到排氣閥、活塞、連桿的運動以及 發(fā)火燃燒的過程，通過開口 3可以觀察到部分曲軸及所述氣缸對應的曲柄的運 動過程。所述發(fā)火燃燒的過程通過下述的發(fā)光器件(也即下述的發(fā)火燃燒指示 燈)的發(fā)光的亮滅來表示，詳細情況可以參考下述相關部分的文字說明。參考圖2，圖示了圖1所示仿真柴油機的結構框圖。如圖所示，其整體上包 括機體構架靜止部件及機體構架運動部件。其中，所述機體構架運動部件中又 包括發(fā)火/燃燒指示燈(也即發(fā)光器件)21、排氣閥22、電磁閥23,以及傳動組 件27;所述傳動組件27又進一步包括曲軸、連桿、活塞、鏈條、凸輪軸等；所 述機體構架靜止部件中又包括時序控制部分24、氣缸發(fā)火燃燒紅外傳感器25、 排氣閥開/閉紅外傳感器26,以及變頻電機27。其中，變頻電機27驅動曲軸轉動，曲軸進而帶動連桿、活塞，以及鏈條、 凸輪軸(如圖箭頭所示，為兩路)，而設置于曲軸上的氣缸發(fā)火燃燒紅外傳感器 25及排氣閥開/閉紅外傳感器26分別感知氣缸發(fā)火燃燒時刻/時長及排氣閥開/
閉時刻，并將所述感知信號發(fā)送至時序控制部分24處理，時序控制部分24根 據接收到的來自傳感器的信號控制排氣閥22的開閉以&良火/燃燒指示燈21的 亮滅。其中，對于排氣閥22的開閉控制通過電磁閥23完成，具體的，由電磁 閥23的閥芯連接所述排氣閥22開閉的閥桿(圖未示)進而控制所述排氣閥22 的開閉。所述氣缸發(fā)火燃燒紅外傳感器25以及排氣閥開/閉紅外傳感器的具體實 現(xiàn)將在下文進行詳細闡述，所述時序控制部分24的具體實現(xiàn)可以參考圖5所示 實施例的相關描述。需要說明的是，所述的發(fā)火/燃燒指示燈21可以采用發(fā)光二極管，或者其它 普通燈管/泡等，本發(fā)明不限于此。所述電^f茲閥23對排氣閥22的控制也不限于 上文所述的閥桿控制，可以釆用任何其它適當?shù)姆绞蕉怀霰景l(fā)明的保護范 圍。參考圖3,圖示了圖1所示仿真柴油機曲軸的設置傳感器部分及曲柄箱的橫 切面視圖。如圖所示，包括曲軸31， 一端固定于曲軸31上的遮光板33,以及 分別位于遮光板33的兩側并一端固定于曲柄箱內壁30上的紅外發(fā)射頭支架32 和紅外接收頭支架34，其中紅外發(fā)射頭支架32位于本視圖的最外層，紅外接收 頭支架34位于本^L圖的最里層。并且，所述紅外發(fā)射頭支架32上設置有紅外 發(fā)射頭321,在對應該紅外發(fā)射頭321的紅外接收頭支架34上設置有紅外接收 頭(由于視圖角度原因，圖未示)。紅外發(fā)射頭支架32、遮光板33、紅外接收 頭支架34的具體結構可以參考圖6所示，如圖所示，三者的形狀大致相同，其 中紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收頭支架34的較寬一端固定于曲柄箱內壁，遮光 板33的較窄一端固定于曲軸上，并且遮光板33位于紅外發(fā)射頭支架32、紅外 接收頭支架34之間；所述紅外接收頭支架34上設有紅外接收頭341,當上述三 者裝配完畢后，則所述紅外發(fā)射頭321和紅外接收頭341位于同一直線上且被 遮光板33在二者中間遮蔽。所述位于同一直線上使得紅外發(fā)射頭321的發(fā)射方 向正對紅外4^收頭341的纟妻收方向。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收頭支架 34,以及遮光板33在空間中相互平行，且紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收頭支架34之間的間距為lcm左右，所述遮光板33位于紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收 頭支架34之間。所述紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收頭支架34以及遮光板33均 呈扇形。所述紅外發(fā)射頭支架32與紅外接收頭支架34合在一起即為上文所述紅外 傳感器。通過將所述遮光板33設置在曲軸31的不同轉角位置來實現(xiàn)不同的功 能，例如上述發(fā)火時刻、排氣閥開啟時刻；而發(fā)火燃燒持續(xù)時間、排氣閥開啟 持續(xù)時間可通過調整所述遮光板33的形狀(也即寬度，能夠遮擋所述紅外發(fā)射 頭的寬度)來實現(xiàn)。需要說明的是，本發(fā)明所述的紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收頭支架34，以 及遮光板33并不限于三者平行的情況，還可以是紅外發(fā)射頭支架32、紅外接收 頭支架34平行，而遮光板33不與其二者平行；或者，三者兩兩不平行等；總 之，只要能使得曲軸旋轉時所述遮光板33能在所述紅外發(fā)射頭支架32、紅外接 收頭支架34之間進行遮蔽并旋轉即可，均屬于本發(fā)明的保護范圍。參考圖4，圖示了圖1所示仿真柴油機的燃燒室局部剖視圖。如圖所示，包 括燃燒室壁40,位于燃燒室壁40上的發(fā)光器件(例如發(fā)光二極管)41,以及位 于燃燒室頂端的排氣閥22。所述發(fā)光器件41也即上述的發(fā)火/燃燒指示燈21。需要注意的是，所述發(fā)光器件41的位置并不固定，其可以設置在燃燒室壁 上的任意位置，可以嵌入燃燒室壁40中，也可以設置于燃燒室壁40的內表面 等，只要其發(fā)光時能使得觀察者感知到光線即可。參考圖5，圖示了圖l所示仿真柴油機的時序控制部分的結構框圖。如圖所 示，包括脈沖觸發(fā)整形電路51、發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路52，及 紅外發(fā)射頭控制電路53。其中，脈沖觸發(fā)整形電路51接收來自紅外接收頭341 的脈沖信號，并將該信號進行整形輸出方波信號至發(fā)光器件驅動電路和/或電磁 閥驅動電路52,由發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路52控制發(fā)光器件/電 磁閥的開閉。進一步，所述電磁閥通過閥桿控制排氣閥的開閉。所述紅外發(fā)射 頭控制電路53用于在仿真柴油機發(fā)火時控制紅外發(fā)射頭321工作，并在仿真柴 油枳i停止工作的時候停止紅外發(fā)射頭321的工作。另外，所述脈沖觸發(fā)整形電
路51輸出的方波信號中，高電平處即表示遮光板遮光時間，低電平處即表示不 遮光時間，當為高電平時觸發(fā)所述發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路52工 作。由于所述脈沖觸發(fā)整形電路51 、發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路 52,及紅外發(fā)射頭控制電路53均為常見電路，本領域普通技術人員根據上述描 述很容易實現(xiàn)，因此不進行進一步的闡述。以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā) 明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的 范圍。
權利要求
1、一種仿真柴油機，包括柴油機機體構架靜止部件、柴油機機體構架運動部件，其特征在于，所述柴油機的至少一個氣缸及包覆該氣缸的靜止部件為剖切處理。
2、 根據權利要求1所述的仿真柴油機，其特征在于，所述剖切處理部分還包括包覆對應所述氣缸的活塞、連桿、曲軸、排氣閥的靜止部件。
3、 根據權利要求1或2所述的仿真柴油機，其特征在于，所述柴油機機體 構架運動部件至少包括曲軸、連桿、活塞、排氣閥，并且所述剖切處理的氣缸 燃燒室壁上"&有發(fā)光器件。
4、 根據權利要求1或2所述的仿真柴油機，其特征在于，所述柴油機機體 構架運動部件至少包括曲軸、連桿、活塞、排氣閥，并且所述曲軸設有遮光板， 該遮光板的一端連接于曲軸；所述遮光板的兩側遮蔽區(qū)域內分別對應設有固定 于曲柄箱內壁的紅外發(fā)射頭和紅外接收頭。
5、 根據權利要求4所述的仿真柴油機，其特征在于，所述遮光板垂直于曲 軸連接，所述紅外發(fā)射頭和紅外接收頭均設置于支架上，所述支架的一端固定 于所述曲柄箱內壁；并且，所述遮光板、紅外發(fā)射頭支架、紅外接收頭支架三 者平行，所述紅外發(fā)射頭和紅外接收頭分別位于所述遮光板兩側的垂直^:影遮 蔽區(qū)i或內。
6、 根據權利要求1或2所述的仿真柴油機，其特征在于，所述仿真柴油機 還包括至少一個電機，該電機驅動所述柴油積4凡體運動部件中的曲軸轉動。
7、 根據權利要求1或2所述的仿真柴油機，其特征在于，所述柴油機機體 構架運動部件至少包括曲軸、連桿、活塞、排氣閥，并且所述剖切處理的氣缸 燃燒室壁上設有發(fā)光器件；所述曲軸設有遮光板，該遮光斧反的一端連接于曲軸；所述遮光板的兩側遮 蔽區(qū)域內分別對應設有固定于曲柄箱內壁的紅外發(fā)射頭和紅外接收頭； 所述仿真柴油才幾還包括至少一個電4幾，該電4幾驅動所述曲軸轉動。
8、 根據權利要求7所述的仿真柴油機，其特征在于，還包括脈沖觸發(fā)整形 電路、發(fā)光器件驅動電路和/或電磁閥驅動電路、紅外發(fā)射頭控制電路；所述脈沖觸發(fā)整形電路接收所述紅外接收頭的輸出信號并整形輸出方波信號，該方波信號觸發(fā)所述發(fā)光器件驅動電路和/或電^ 茲閥驅動電路驅動所述發(fā)光 器件和/或排氣閥的開/關；所述紅外發(fā)射頭控制電路在所述電機轉動時控制所述 紅外發(fā)射頭工作。
9、 根據權利要求8所述的仿真柴油機，其特征在于，所述電磁閥的閥芯連 接控制所述排氣閥開閉的閥桿。
10、 根據權利要求8所述的仿真柴油機，其特征在于，所述電機為變頻電 機，其受控于變頻器，該變頻器接收外部控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿真柴油機，包括柴油機機體構架靜止部件、柴油機機體構架運動部件，所述柴油機的至少一個氣缸及包覆該氣缸的靜止部件為剖切處理。實施本發(fā)明，能夠對柴油機主機的內/外部結構、運動部件、發(fā)火時序、燃燒過程、排氣閥啟/閉時序和啟/閉過程等進行準確的實物仿真和形象的效果模擬，從而更有助于學習和理解柴油機的工作原理。
文檔編號G09B25/02GK101149879SQ200710113599
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2007年10月31日
發(fā)明者君 付, 忠 初, 吳庚申, 周明順, 李永鵬, 李迪陽, 王本明, 蔣德志, 趙曉玲, 高玉德 申請人:青島遠洋船員學院