具有多级可变供油传动比及多运行模式的节能柴油机技术领域
本发明涉及车用柴油机，具体涉及一种具有多级可变供油传动比及多运行模式的
节能柴油机。
背景技术
随着石油燃料的日益短缺和环境污染的日益加剧，节能环保型柴油机越来越受到
关注。当车辆行驶在城市道路上时，行驶速度相对较低，对柴油机的动力要求不高，需要小
排量的柴油机，尤其是遇到拥堵路况时，更需要柴油机的排量越小越好，甚至在遇到红灯或
拥堵导致临时停车时，需要高压油泵停止供油，柴油机停止运转，从而减少柴油机的燃油消
耗，降低排放污染。当车辆行驶在高速公路上时，行驶速度比较高，需要动力强劲的大排量
柴油机。各种不同的路况需要不同类型的柴油机，而目前在用的柴油机，都是不可变的，从
而面临动力输出过剩或动力输出不足的问题。而且，由于柴油机曲轴与高压油泵凸轮轴通
过齿轮啮合连接，传动比是固定的，因此当车辆行驶在城市拥堵路况或遇到红灯时，柴油机
低速或怠速运转，曲轴和凸轮轴的转速较低，高压油泵供油压力较低，供油稳定性较差，造
成车辆燃油经济性差，排放恶化。当车辆行驶在高速通畅路况时，柴油机高速运转，曲轴和
凸轮轴的转速过高，高压油泵供油能力过剩，油箱里的柴油经过过滤器过滤、高压油泵加压
后，具有较高压力的多余柴油没有经过喷油器喷到柴油机气缸内，而是通过回油管又重新
流回油箱，造成供油能量浪费。
经过对现有技术文献和专利的检索发现，专利名称电磁式可变凸轮机构及小脉动
变流量供油装置，授权公告号ZL201510224271.X，该发明专利可以根据发动机的高低转速
工况和高低负荷工况，实时选择使用单作用凸轮或多作用凸轮，改变油泵的供油能力，通过
回油控制阀控制回油量，减少油泵的回油量，提高燃油供给效率。但该发明只是针对高压油
泵凸轮轴的凸轮进行了改进，凸轮轴仍然通过齿轮啮合与柴油机曲轴连接，传动比是固定
不可变的，无法真正解决柴油机低速运转时，高压油泵供油压力较低，供油稳定性较差；高
速运转，曲轴和凸轮轴的转速过高，高压油泵供油能力过剩的问题，更不具备根据路况灵活
切换运行模式，遇到红灯等临时停车工况断油的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对上述现有技术的不足，设计一种设计合理、结构
简单、运行效率高、能够根据实际运行工况自动切换运行模式、自动调节“供油传动比”的具
有多级可变供油传动比及多运行模式的节能柴油机。
本发明的技术方案是：
一种具有多级可变供油传动比及多运行模式的节能柴油机，包括高压油泵、柴油机和
油箱，其特征是：所述高压油泵采用双油缸结构，每一油缸分别通过进油阀与所述油箱连
通，所述柴油机采用双活塞缸结构，两个活塞缸分别通过电控喷油器与两个所述油缸的出
油阀一一对应连通，两个所述油缸的柱塞通过推杆分别与凸轮轴上的两个凸轮一一对应接
触，两个所述活塞缸的活塞通过连杆分别与曲轴上的两个连杆驱动器一一对应连接，所述
凸轮轴和曲轴的一端分别安装有凸轮从动轮和曲轴主动轮，所述凸轮从动轮和曲轴主动轮
上设置有钢带，所述凸轮从动轮和曲轴主动轮的两侧分别设置有锥台形的带轮，每个所述
带轮上均布有电磁铁，两个所述带轮之间设置有回位弹簧，两个所述活塞缸的所述电控喷
油器分别通过电控单向阀与蓄压储能罐连通；所述凸轮轴上分别设置有两个高压油泵驱动
器，两个所述高压油泵驱动器分别与两个所述凸轮一一对应，所述高压油泵驱动器上均布
有电磁铁，所述曲轴上分别设置有两个电磁压盘且与两个所述连杆驱动器一一对应，所述
凸轮轴和曲轴的端部均设置有转速传感器，所述转速传感器、电磁压盘、带轮和高压油泵驱
动器均与控制器连接。
所述凸轮内部均安装有滚动轴承，安装在所述凸轮轴上，只能与所述凸轮轴发生
相对转动，不能沿着所述凸轮轴作轴向运动；所述带轮和高压油泵驱动器内部均开有环状
沟槽，安装在所述凸轮轴上均布的环状凸起中，既能沿着所述凸轮轴作轴向运动，又能与所
述凸轮轴一起作圆周运动，或者，所述带轮和高压油泵驱动器与所述凸轮轴之间采用花键
轴的结构形式，或采用键和键槽的结构形式。
所述电磁压盘内部开有环状沟槽，安装在所述曲轴上均布的环状凸起中，既能沿
着所述曲轴作轴向运动，又能与所述曲轴一起作圆周运动，或者，所述电磁压盘与曲轴之间
采用花键轴的结构形式，或采用键和键槽的结构形式；所述连杆驱动器内部装有滚动轴承，
能相对于所述曲轴自由转动。
所述油缸和活塞缸之间的油管上、所述蓄压储能罐上均分别安装有油管压力传感
器，所述油管压力传感器均与所述控制器连接。
所述控制器控制所述带轮上的电磁铁，使所述带轮改变间距，实现自动改变传动
比；所述柴油机还能够采用三活塞缸结构或四活塞缸结构，此时需要设置相应数量的活塞、
连杆、连杆驱动器、电磁压盘、电控喷油器和油缸；每一所述电控喷油器分别通过出油阀与
所述油缸连通，每一所述油缸分别通过进油阀与柴油滤清器连通，所述柴油滤清器与所述
油箱连通。
本发明的有益效果是：
1、本发明根据柴油机的低速或高速运行工况，控制器分别控制柴油机曲轴带轮接触直
径逐级变大或变小，控制高压油泵凸轮轴带轮接触直径逐级变小或变大，自动调节柴油机
曲轴带轮与高压油泵凸轮轴带轮之间的“供油传动比”，自适应实现多级可变“供油传动
比”，实时改变高压油泵在各种工况下的供油能力，提高柴油机低速运转时的供油效率和供
油稳定性，减少柴油机高速运转时供油能力过剩造成的能量浪费，提高柴油机的燃油经济
性。
2、本发明中当车辆行驶在高速公路上时，需要动力强劲的大排量柴油机，控制器
开启高压油泵两缸同时供油模式和柴油机两缸同时运转模式，提高柴油机的动力性。当车
辆行驶在城市道路上或遇到拥堵路况，需要小排量柴油机时，控制器切断高压油泵第二缸
的供油和柴油机第二缸的运转，实现单缸运转，减少柴油机的燃油消耗，降低排放污染。当
车辆遇到红灯等临时停车时，高压油泵开启断油模式，停止供油；停车时间较短时，将蓄压
储能罐内的高压柴油供给柴油机，柴油机保持单缸运转；停车时间较长时，停止蓄压储能罐
供油，柴油机停止运转。
3、本发明中柴油机供油系统没有回油，经过高压油泵加压的多余高压柴油均存储
到蓄压储能罐。当蓄压储能罐内的压力达到上限时，控制器切断高压油泵供油，将蓄压储能
罐内的高压柴油喷射到柴油机气缸内；当蓄压储能罐内的压力降低到下限时，重新开启高
压油泵的供油模式，节约了供油能量，提高了供油效率。
4、本发明结构简单，调节方法简易，工作可靠性高，可以充分满足柴油机的高速运
转、低速运转，高速路况、城市路况、拥堵路况、红灯等临时停车等多路况对柴油机的要求，
并且当高压油泵或柴油机的某一缸出现故障时，另外一缸不受影响，高压油泵、柴油机均可
以独立、高效运转，应用范围广，推广后具有良好的经济性和减排效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中供油变速传动机构的放大图。
具体实施方式
实施例：参见图1和图2，图中，1-油箱，2-柴油滤清器，3-进油阀A，4-柱塞A回位弹
簧，5-柱塞A，6-推杆A，7-凸轮A，8-出油阀A，9-电控喷油器A，10-电控单向阀A，11-蓄压储能
罐，12-进油阀B，13-柱塞B回位弹簧，14-柱塞B，15-推杆B，16-凸轮B，17-出油阀B，18-电控
喷油器B，19-电控单向阀B，20-油管压力传感器C，21-高压油泵，22-高压油泵凸轮轴，23-凸
轮轴转速传感器，24-凸轮轴带轮A，25-钢带，26-凸轮轴带轮B，27-凸轮轴带轮回位弹簧，
28-高压油泵A缸驱动器，29-高压油泵A缸驱动器回位弹簧，30-高压油泵B缸驱动器回位弹
簧，31-高压油泵B缸驱动器，32-曲轴转速传感器，33-曲轴带轮A，34-曲轴带轮B，35-曲轴带
轮回位弹簧，36-电磁压盘A，37-电磁压盘A回位弹簧，38-连杆A驱动器，39-电磁压盘B，40-
电磁压盘B回位弹簧，41-连杆B驱动器，42-柴油机曲轴，43-连杆A，44-活塞A，45-连杆B，46-
活塞B, 47-柴油机，48-控制器, 49-油管压力传感器A,50-油管压力传感器B，51-凸轮轴从
动轮，52-曲轴主动轮。图中箭头所示为柴油流动方向，虚线是控制线路。
本实施例柴油机47具有单缸运转、两缸运转和停止运转三种模式，高压油泵21具
有单缸供油、两缸供油和断油三种模式，其中高压油泵21包括推杆A6、柱塞A5、柱塞A回位弹
簧4、进油阀A3、出油阀A8、推杆B15、柱塞B14、柱塞B回位弹簧13、进油阀B12、出油阀B17、凸
轮轴22。凸轮轴22上依次安装有凸轮轴转速传感器23、凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26、凸
轮轴带轮回位弹簧27、高压油泵A缸驱动器28、高压油泵A缸驱动器回位弹簧29、凸轮A7、凸
轮B16、高压油泵B缸驱动器回位弹簧30、高压油泵B缸驱动器31。凸轮轴带轮A24、凸轮轴带
轮B26、高压油泵A缸驱动器28和高压油泵B缸驱动器31上沿圆周方向上均布有电磁铁，所有
电磁铁均与控制器48相连，接受控制器48的控制。凸轮A7、凸轮B16内部均安装有滚动轴承，
安装在凸轮轴22上，只能与凸轮轴22发生相对转动，不能沿着凸轮轴22作左、右轴向运动。
凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26、高压油泵A缸驱动器28、高压油泵B缸驱动器31内部均开有
环状沟槽，安装在凸轮轴22上均布的环状凸起中，既可以沿着凸轮轴22作左、右轴向运动，
也可以与凸轮轴22一起作圆周运动，也可以采用花键轴的结构形式，还可以采用键和键槽
的结构形式。凸轮轴带轮回位弹簧27、高压油泵A缸驱动器回位弹簧29、高压油泵B缸驱动器
回位弹簧30套装在凸轮轴22上，随凸轮轴22一起作圆周运动，可以沿着凸轮轴22左、右拉伸
和收缩。凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26通过沿圆周方向的销轴和弹簧组合成凸轮轴从动
轮51，曲轴带轮A33、曲轴带轮B34通过沿圆周方向的销轴和弹簧组合成曲轴主动轮52，曲轴
主动轮52、凸轮轴从动轮51通过钢带25进行带传动。高压油泵21的缸体与柱塞A5、柱塞B14
之间分别设置有柱塞A回位弹簧4、柱塞B回位弹簧13。
柴油机47包括柴油机曲轴42，连杆A43，活塞A44，电控喷油器A9，电控单向阀A10，
蓄压储能罐11，连杆B45，活塞B46, 电控喷油器B18，电控单向阀B19，油管压力传感器C20,
油管压力传感器A49, 油管压力传感器B50。柴油机曲轴42上依次安装有曲轴转速传感器
32、曲轴带轮A33、曲轴带轮B34、曲轴带轮回位弹簧35、电磁压盘A36、电磁压盘A回位弹簧
37、连杆A驱动器38、电磁压盘B39、电磁压盘B回位弹簧40和连杆B驱动器41。曲轴带轮A33、
曲轴带轮B34、电磁压盘A36和电磁压盘B39上沿圆周方向上均布有电磁铁，所有电磁铁均与
控制器48相连，接受控制器48的控制。
曲轴带轮A33、曲轴带轮B34、电磁压盘A36、电磁压盘B39内部均开有环状沟槽，安
装在柴油机曲轴42上均布的环状凸起中，既可以沿着柴油机曲轴42作左、右轴向运动，也可
以与柴油机曲轴42一起作圆周运动，也可以采用花键轴的结构形式，还可以采用键和键槽
的结构形式。曲轴带轮回位弹簧35、电磁压盘A回位弹簧37和电磁压盘B回位弹簧40套装在
柴油机曲轴42上，随柴油机曲轴42一起作圆周运动，可以沿着柴油机曲轴42左、右拉伸和收
缩。连杆A驱动器38和连杆B驱动器41内部均装有滚动轴承，可以相对于柴油机曲轴42自由
转动。连杆A43和连杆B45的一端分别与连杆A驱动器38、连杆B驱动器41连接在一起，连杆
A43和连杆B45的另一端分别与活塞A44、活塞B46连接在一起。
凸轮轴转速传感器23和曲轴转速传感器32分别测量凸轮轴22和柴油机曲轴42的
旋转速度。油管压力传感器20安装在蓄压储能罐11上，测量蓄压储能罐11内部存储高压柴
油的压力。油管压力传感器A49、油管压力传感器B50分别安装在电控喷油器A9、电控喷油器
B18的进油口处，测量电控喷油器A9、电控喷油器B18的进油压力。控制器48分别与电控喷油
器A9，电控单向阀A10，电控喷油器B18，电控单向阀B19、凸轮轴转速传感器23、曲轴转速传
感器32、油管压力传感器A49、油管压力传感器B50和油管压力传感器C20连接。
多级可变供油传动比及多运行模式的节能柴油机中油箱1的出油口通过滤清器2、
进油阀A3、进油阀B12分别与高压油泵21的进油口相连，高压油泵21的出油口分别通过出油
阀A8、出油阀B17与电控喷油器A9，电控喷油器B18的进油口相连，电控喷油器A9、电控喷油
器B18的进油口向柴油机47气缸内喷射具有一定压力和流量的高压柴油，高压柴油压缩着
火燃烧推动活塞A44、活塞B46做功；多余的高压柴油分别经电控单向阀A10、电控单向阀B19
流入蓄压储能罐11储存。
柴油机曲轴42旋转时，曲轴主动轮52以相同的转速旋转，通过钢带25驱动凸轮轴
从动轮51旋转。本发明可以可根据曲轴主动轮52的转速、凸轮轴从动轮51的转速信号以及
电控喷油器A9、电控喷油器B18入口处的油管压力信号，判断如何调整曲轴主动轮52、凸轮
轴从动轮51之间的“供油传动比”，从而解决高压油泵21低速运转时供油效率低、供油稳定
性差，高速运转时供油能力过剩的问题。
当柴油机47低速运转时，曲轴转速传感器32测出柴油机曲轴42的转速过低，凸轮
轴转速传感器23测出高压油泵凸轮轴22的转速过低；同时油管压力传感器A49、油管压力传
感器B50分别测出电控喷油器A9、电控喷油器B18的进油口压力过低，因此控制器48判断当
前“供油传动比”偏小，发出增大“供油传动比”指令，曲轴带轮A33、曲轴带轮B34接受到控制
器48的指令，电磁铁上电，产生电磁吸力，曲轴带轮A33、曲轴带轮B34分别沿轴向向右、轴向
向左运动，曲轴带轮回位弹簧35受到压缩，轴向间隙变小，与钢带25接触的带轮直径变大。
同时，凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26也接受到控制器48的指令，电磁铁上电，产生电磁斥
力，凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26分别沿轴向向左、向右运动，凸轮轴带轮回位弹簧27受
到拉伸，轴向间隙变大，与钢带25接触的带轮直径变小，这样当曲轴主动轮52旋转一圈，凸
轮轴从动轮51旋转多圈。随着钢带25与曲轴主动轮52的接触直径逐渐变大、与凸轮轴从动
轮51的接触直径逐渐变小，“供油传动比”逐渐增大，直到油管压力传感器A49、油管压力传
感器B50检测到电控喷油器A9、电控喷油器B18的进油口压力满足要求。
当柴油机47高速运转时，曲轴转速传感器32测出柴油机曲轴42的转速过高，凸轮
轴转速传感器23测出高压油泵凸轮轴22的转速过高；同时油管压力传感器A49、油管压力传
感器B50分别测出电控喷油器A9、电控喷油器B18的进油口压力过高，因此控制器48判断当
前“供油传动比”偏大，发出减小“供油传动比”的指令，曲轴带轮A33、曲轴带轮B34接受到控
制器48的指令，电磁铁上电，产生电磁斥力，推动曲轴带轮A33、曲轴带轮B34分别沿轴向向
左、向右运动，曲轴带轮回位弹簧35受到拉伸，轴向间隙变大，与钢带25接触的带轮直径变
小。同时凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26也接受到控制器48的指令，电磁铁上电，产生电磁
吸力，吸引凸轮轴带轮A24、凸轮轴带轮B26分别沿轴向向右、向左运动，凸轮轴带轮回位弹
簧27受到压缩，轴向间隙变小，与钢带25接触的带轮直径变大，这样当曲轴主动轮52旋转多
圈，凸轮轴从动轮51旋转一圈。随着钢带25与曲轴主动轮52接触直径逐渐变小、与凸轮轴从
动轮51的接触直径逐渐变大，“供油传动比”逐渐减小，直到油管压力传感器A49、油管压力
传感器B50检测到电控喷油器A9、电控喷油器B18的进油口压力满足要求。
本发明还可根据各种具体路况信息，实时改变高压油泵21的供油模式和柴油机47
的运转模式。
第一种工况：当车辆行驶在高速公路上时，需要动力强劲的大排量柴油机，控制器
48分别开启高压油泵21两缸同时供油模式、柴油机47两缸同时运转模式。
高压油泵21两缸供油模式：高压油泵A缸驱动器28、高压油泵B缸驱动器31接收到
控制器48的指令，电磁铁上电，分别克服高压油泵A缸驱动器回位弹簧29、高压油泵B缸驱动
器回位弹簧30弹簧力的约束，高压油泵A缸驱动器28向右运动与凸轮A 7压紧为一体，带动
凸轮A 7一起转动，驱动推杆A6和柱塞A5上下往复运动，向电控喷油器A9提供具有一定压力
和流量的高压柴油，电控喷油器A9向柴油机47气缸内喷射具有一定压力和流量的高压柴
油，多余的高压柴油经电控单向阀A10流入蓄压储能罐11。同样，高压油泵B缸驱动器31也向
右运动与凸轮B16压紧为一体，带动凸轮B16一起转动，驱动推杆B15和柱塞B14上下往复运
动，向电控喷油器B18提供具有一定压力和流量的高压柴油，电控喷油器B18向柴油机47气
缸内喷射具有一定压力和流量的高压柴油，多余的高压柴油经电控单向阀B19也流入蓄压
储能罐11。
柴油机47两缸运转模式：电磁压盘A36、电磁压盘B39接收到控制器48的指令，电磁
铁上电，分别克服电磁压盘A回位弹簧37、电磁压盘B回位弹簧40弹簧力的约束，电磁压盘
A36向右运动与连杆A驱动器38压紧为一体，带动连杆A驱动器38一起转动，驱动连杆A43和
活塞A44在气缸内上下往复运动，压缩气缸内的高压柴油着火燃烧做功。电磁压盘B39向右
运动与连杆B驱动器41压紧为一体，带动连杆B驱动器41一起转动，驱动连杆B45和活塞B46
在气缸内上下往复运动，压缩气缸内的高压柴油着火燃烧做功。
第二种工况：当车辆行驶在城市道路上或遇到拥堵路况，需要小排量柴油机时，控
制器48分别切断高压油泵21第二缸的供油和柴油机47第二缸的运转，开启高压油泵21单缸
供油模式和柴油机47单缸运转模式，减少柴油机47的燃油消耗，减少排放污染。
高压油泵21单缸供油模式：高压油泵A缸驱动器28或高压油泵B缸驱动器31任选一
个保持供油，另一个停止供油。例如选高压油泵A缸驱动器28保持供油，则高压油泵B缸驱动
器31接收到控制器48的停止供油指令，电磁铁断电，在高压油泵B缸驱动器回位弹簧30的弹
簧力作用下，高压油泵B缸驱动器31向左运动，与凸轮B16脱离接触，凸轮B16停止转动，推杆
B15和柱塞B14停止上下运动，供油停止。
柴油机47单缸运转模式：电磁压盘A36或电磁压盘B39任选一个保持运转，另一个
停止运转。例如选电磁压盘A36保持运转，则电磁压盘B39接收到控制器48的停止运转指令，
电磁铁断电，在电磁压盘B回位弹簧40弹簧力的作用下，电磁压盘B39向左运动，与连杆B驱
动器41脱离接触，连杆B驱动器41停止转动，连杆B45和活塞B46停止上下往复运动。而连杆A
驱动器38继续转动，驱动连杆A43和活塞A44在气缸内上下往复运动，压缩气缸内的高压柴
油着火燃烧做功，实现单缸运转。
第三种工况：车辆遇到红灯等临时停车工况时，控制器48开启高压油泵21断油模
式，柴油机47单缸运转模式（停车时间较短）或停止运转模式（停车时间较长）。
高压油泵21断油模式：高压油泵A缸驱动器28、高压油泵B缸驱动器31均接收到控
制器48的停止供油指令，电磁铁断电，在高压油泵A缸驱动器回位弹簧29、高压油泵B缸驱动
器回位弹簧30的弹簧力作用下，高压油泵A缸驱动器28、高压油泵B缸驱动器31均向左运动，
分别与凸轮A7、凸轮B16脱离接触，凸轮A7、凸轮B16均停止转动，柱塞A5和推杆A6、柱塞B14
和推杆B15均停止上下往复运动，高压油泵21两缸均停止供油。
柴油机47单缸运转模式（停车时间较短）：电磁压盘A36或电磁压盘B39任选一个保
持运转，另一个停止运转。例如选电磁压盘A36保持运转，则电磁压盘B39接收到控制器48的
停止运转指令，电磁铁断电，在电磁压盘B回位弹簧40弹簧力的作用下，电磁压盘B39向左运
动，与连杆B驱动器41脱离接触，连杆B驱动器41停止转动，连杆B45和活塞B46停止上下往复
运动。此时，高压油泵21为断油模式。控制器48发出供油指令给电控单向阀A10，电控单向阀
A10反向开启，将蓄压储能罐11内存储的高压柴油经电控喷油器A9喷射到柴油机47的气缸
内，随着连杆A驱动器38的转动，驱动连杆A43和活塞A44在气缸内上下往复运动，压缩气缸
内的高压柴油着火燃烧做功，实现单缸运转。
柴油机47停止运转模式（停车时间较长）：高压油泵21为断油模式，控制器48不发
出供油指令给电控单向阀A10和电控单向阀B19，没有供油，柴油机47停止运转。
本发明可以根据柴油机的低速运转或高速运转，自动调节柴油机曲轴主动轮与高
压油泵凸轮轴从动轮之间的“供油传动比”，自适应的实现多级可变“供油传动比”，实时改
变高压油泵在各种转速下的供油能力，从而提高柴油机低速运转时的供油效率和供油稳定
性，减少柴油机高速运转时供油能力过剩造成的能量浪费。本发明中柴油机供油系统没有
回油，经过高压油泵加压的多余高压柴油均存储到蓄压储能罐，节约了供油能量，提高了柴
油机的燃油经济性。本发明还可以根据车辆在高速公路、城市道路或拥堵路况、红灯等临时
停车路况，分别开启高压油泵两缸供油和柴油机两缸运转模式、高压油泵单缸供油和柴油
机单缸运转模式、高压油泵断油和柴油机单缸运转（停车时间较短）或停止运转模式（停车
时间较长）。当高压油泵或柴油机的某一缸出现故障时，另外一缸可以独立、高效运转，应用
范围广，推广后具有良好的经济效益和减排效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡
是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于
本发明技术方案的范围内。