CN102071981A - 适用于两级气门升程可变的汽车发动机配气凸轮 - Google Patents

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Abstract

一种适用于两级气门升程可变的汽车发动机配气凸轮，一个气门设计两个高升程凸轮和一个低升程凸轮，且低升程凸轮布置在两高升程凸轮之间，凸轮的高、低型线特殊设计。高升程凸轮宽7.1mm，低升程凸轮宽9.2mm，低升程凸轮提前高升程凸轮18°，两凸轮气门升程最大偏差小于±0.05mm；所述高升程凸轮的基圆半径和低升程基圆半径不同，两个凸轮缓冲段分别设计为：高升程开启段缓冲段高度0.42mm，关闭段缓冲段高度0.52mm。本发明采用高低两种凸轮在不同的工况下切换，以满足不同工况下对不同气门升程的要求，提高发动机动力性，经济性和排放特性。

Description

适用于两级气门升程可变的汽车发动机配气凸轮
技术领域
本发明涉及一种内燃机零件结构，具体涉及适用于两级气门升程可变的凸轮及其型线。
背景技术
汽车发动机的配气凸轮使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程。凸轮的设计直接影响发动机的动力性、经济性和发动机的噪音。高速运动的凸轮受到气门间歇性开启的周期冲击载荷，因此不仅对凸轮表面要求耐磨和对凸轮轴要求有足够的韧性和刚度，还要求在设计凸轮型线时，确保阀系的动力学和运动学结果优越，这样才能保证发动机配气机构工作正常，噪音小，可靠性和耐久性提高。通常情况下，一个气门只设计一种凸轮型线，升程和气门开启持续期固定，这不能适应发动机工况变化对气门升程不同的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，设计了适应两级气门升程可变的汽车发动机配气凸轮及其型线，采用高低两种凸轮在不同的工况下切换，以满足不同工况下对不同气门升程的要求，提高发动机动力性，经济性和排放特性。
本汽车发动机配气凸轮是一个气门设计两个高升程凸轮和一个低升程凸轮，且低升程凸轮布置在两高升程凸轮之间，高升程凸轮宽7.1mm，低升程凸轮宽9.2mm，低升程凸轮提前高升程凸轮18°，两凸轮气门升程最大偏差小于±0.05mm；所述高升程凸轮的基圆半径和低升程基圆半径不同，两个凸轮缓冲段分别设计为：高升程开启段缓冲段高度0.42mm，关闭段缓冲段高度0.52mm；气门开启持续期分别为低升程凸轮127°CA ，高升程凸轮255°CA；
由于结构的复杂和特殊性，要求凸轮表面粗糙度在Ra0.1以下，凸轮的高、低型线如下表所示：
表1为高升程凸轮的型线：
表2为低升程凸轮的型线：
角度 升程(mm) 角度 升程(mm) 角度 升程(mm) 角度 升程(mm)
1° 0.0000 22° 0.6974 43° 2.3972 64° 0.4523
2° 0.0001 23° 0.7805 44° 2.3905 65° 0.3879
3° 0.0017 24° 0.8685 45° 2.3695 66° 0.3297
4° 0.0054 25° 0.9612 46° 2.3335 67° 0.2775
5° 0.0109 26° 1.0584 47° 2.2816 68° 0.2312
6° 0.0176 27° 1.1598 48° 2.2126 69° 0.1906
7° 0.0260 28° 1.2648 49° 2.1248 70° 0.1557
8° 0.0379 29° 1.3726 50° 2.0166 71° 0.1261
9° 0.0541 30° 1.4821 51° 1.8881 72° 0.1017
10° 0.0750 31° 1.5923 52° 1.7481 73° 0.0820
11° 0.1006 32° 1.7026 53° 1.6066 74° 0.0665
12° 0.1309 33° 1.8104 54° 1.4680 75° 0.0536
13° 0.1660 34° 1.9127 55° 1.3348 76° 0.0415
14° 0.2059 35° 2.0077 56° 1.2082 77° 0.0294
15° 0.2506 36° 2.0942 57° 1.0889 78° 0.0179
16° 0.3000 37° 2.1712 58° 0.9768 79° 0.0087
17° 0.3543 38° 2.2378 59° 0.8721 80° 0.0029
18° 0.4133 39° 2.2936 60° 0.7745 81° 0.0003
19° 0.4771 40° 2.3378 61° 0.6839 82° 0.0000
20° 0.5457 41° 2.3702 62° 0.6001
21° 0.6191 42° 2.3902 63° 0.5229
采用上述凸轮型线，合理分布高低升程凸轮的夹角，根据不同的发动机工况，配合可变摇臂，实现高低升程的实时切换，保证配气相位和良好的气门运动规律，充分利用进气惯性，提高充气效率；而低升程时由于气门重叠角和升程的变化，使缸内残余废气增加实现内部EGR（废气再循环）；高速时，气门摇臂不存在飞脱，避免阀系发生共振；在高速下，发动机的动力性提高，低速时，扭矩提高。
附图说明
图1 高升程凸轮与低升程凸轮布置图。
图2 局部主视图及剖切位置关系图。
图3 低升程凸轮的A-A剖。
图4 高升程凸轮的B-B剖。
图5高升程凸轮的动力学特性。
图 6低升程凸轮的动力学特性。
图中：1 ，2 高升程凸轮；3 低升程凸轮；4 低升程凸轮基圆；5 高升程凸轮基圆； 6 开启段缓冲段 ；7 关闭段缓冲段； 8 速度曲线（高升程）； 9凸轮升程曲线（高升程）；10 加速度曲线（高升程）； 11加速度曲线（低升程）；12凸轮升程曲线（低升程）； 13凸轮升程曲线（低升程）。
具体实施方式
参见图1、图2、图3和图4，一个气门设计两个高升程凸轮1,2和一个低升程凸轮3，且低升程凸轮3布置在两高升程凸轮1和2之间。高升程凸轮1、2与低升程凸轮3的夹角为18°布置，气门升程最大偏差小于±0.05mm，高升程凸轮宽7.1mm,低升程凸轮宽9.2mm。高升程凸轮基圆5半径和低升程基圆4半径不同，高升程基圆半径为17.745mm,低升程基圆半径16.61mm。
参见图5和图6，两个凸轮缓冲段根据结构需要进行了不同设计，高升程开启段缓冲段高度6为0.42mm，开启速度0.01mm/deg，关闭段缓冲段高度7为0.52mm,关闭速0.02mm/deg；0转速下的赫兹应力是764 MPa ,6400转时的赫兹应力是669 MPa;气门开启持续期是255°CA;凸轮最大升程5.7401mm;最小负曲率半径 153 mm；最大速度0.169 mm/deg 最大加速度0.0105mm/deg^2。低升程缓冲段设计为开启段高度0.052mm，开启速度是非常数，关闭段高度0.098mm,关闭速度0.02mm/deg；0转速下的赫兹应力是1767 MPa  ，4000转时的赫兹应力是1397 MPa ；气门开启持续期是127°CA;凸轮最大升程2.3972 mm;最小负曲率半径 153 mm；最大速度0.146 mm/deg 最大加速度0.012mm/deg^2 。

Claims (1)

1.一种适用于两级气门升程可变的汽车发动机配气凸轮，其包括高升程凸轮和低升程凸轮，其特征在于：一个气门设计两个高升程凸轮和一个低升程凸轮，且低升程凸轮布置在两高升程凸轮之间，高升程凸轮宽7.1mm，低升程凸轮宽9.2mm，低升程凸轮提前高升程凸轮18°，两凸轮气门升程最大偏差小于±0.05mm；所述高升程凸轮的基圆半径和低升程基圆半径不同，两个凸轮缓冲段分别设计为：高升程开启段缓冲段高度0.42mm，关闭段缓冲段高度0.52mm；气门开启持续期分别为低升程凸轮127°CA ，高升程凸轮255°CA；
所述高升程凸轮每旋转一个角度，对应的凸轮升程见表1：
表1
Figure 162243DEST_PATH_IMAGE001
所述低升程凸轮每旋转一个角度，对应的凸轮升程见表2：
 表2
Figure 79383DEST_PATH_IMAGE002
。
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