CN102278157B - 一种低噪声发动机配气凸轮机构 - Google Patents

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Abstract

一种低噪声发动机配气凸轮机构，用于提高带有液压间隙调节器的配气凸轮机构性能。其技术方案是：它包括进气凸轮和排气凸轮，特别之处是：进气凸轮工作段为110°-256°区间，在进气凸轮转角118°-247°区间加速度曲线光滑过渡，在进气凸轮转角139°-145°区间、240°-247°区间为从动件匀速运动阶段；排气凸轮工作段为103°-262°区间，在排气凸轮转角111°-254°区间加速度曲线光滑过渡，在排气凸轮转角137°-144°区间、247°-254°区间为从动件匀速运动阶段。本发明通过分析带有液压间隙调节器的配气机构的运动规律，优化设计进、排气凸轮线型，使配气机构工作稳定可靠，达到了降低噪音的效果。

Description

一种低噪声发动机配气凸轮机构
技术领域
本发明涉及一种内燃机配气装置，特别是低噪声发动机配气凸轮机构，属发动机技术领域。
背景技术
随着汽车行业的快速发展，汽车的NVH（即噪音Noise、振动Vib ration、平顺性Harshness）越来越受到重视。作为汽车核心零部件的发动机振动噪声水平对整车的NVH有重要影响，而配气机构的机械噪声又影响了发动机的振动噪声水平。凸轮型线的设计不仅关系到配气机构工作的可靠性和耐久性，更对配气机构的振动噪声起到至关重要的作用。凸轮型线决定了各零部件运动的位移、速度和加速度，包括气门的落座速度和落座力，凸轮型线正加速段的宽度又影响了配气机构工作地稳定性。发动机配气机构振动、气门落座速度高、落座力大是配气机构噪声的主要来源，因此改进凸轮型线设计是现阶段亟待解决的问题。目前，带有液压间隙调节器的配气机构在轿车发动机上的应用越来越广泛，但还没有形成针对这种新型配气机构规范的凸轮型线设计方法，缓冲段的设计上，在采用液压间隙调节器后，有观点认为气门间隙为零，缓冲段的高度只需要克服配气机构零部件的静变形即可，而在发动机的实际工作中，这样的缓冲段设计会造成气门提前落座，气门落座速度高和落座力大，造成振动噪声大，气门和气门座圈磨损等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种使配气机构振动小、气门落座速度和落座力合理的低噪声发动机配气凸轮机构，从而有效降低发动机的噪声水平。
本发明所称问题是以下述技术方案实现的：
一种低噪声发动机配气凸轮机构，包括进气凸轮、进气门、排气凸轮、排气门，所述进气凸轮、排气凸轮的轮廓分别由基圆段和工作段组成，特别之处是：所述进气凸轮工作段为110°-256°区间，进气凸轮转角110°-180°区间时为进气上升阶段，进气凸轮转角180°-256°为进气下降阶段，在进气凸轮转角118°-247°区间加速度曲线光滑过渡，在进气凸轮转角139°-145°区间、240°-247°区间为从动件匀速运动阶段；所述排气凸轮工作段为103°-262°区间，排气凸轮转角103°-180°区间时为排气上升阶段，排气凸轮转角180°-256°区间为排气下降阶段，在排气凸轮转角111°-254°区间加速度曲线光滑过渡，在排气凸轮转角137°-144°区间、247°-254°区间为从动件匀速运动阶段。
上述低噪声发动机配气凸轮机构，所述进气凸轮工作段线型如下确定：建立平面直角坐标系，横坐标为进气凸轮转角，纵坐标为凸轮从动件位移数值，则进气凸轮从动件的位移和凸轮转角之间的对应关系如下：
Figure 613700DEST_PATH_IMAGE001
上述数据中转角的单位为°，位移的单位为mm。
上述低噪声发动机配气凸轮机构，所述排气凸轮工作段线型如下确定：建立平面直角坐标系，横坐标为排气凸轮转角，纵坐标为排气凸轮位移数值，则排气凸轮从动件的位移和凸轮转角之间的对应关系如下：
上述数据中转角的单位为°，位移的单位为mm。
本发明通过分析带有液压间隙调节器的配气机构的运动规律，设计一种保证发动机动力性和经济性，使配气机构振动小、气门落座速度和落座力合理的发动机配气凸轮机构。所述机构进、排气凸轮通过线型优化设计，减小了配气机构的振动，合理控制了气门的落座速度和落座力，使配气机构工作稳定可靠，控制各零部件的运动速度和加速度在理想的状态，达到了降低噪音的效果。经过噪声测试，发动机在采用本发明凸轮型线后与以前相比噪声明显的降低，声品质改善明显，保证了配气机构工作稳定，延长零部件使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明带有液压间隙调节器的配气凸轮机构示意图；
图2是进气凸轮轮廓示意图；
图3是排气凸轮轮廓示意图；
图4是进气凸轮工作段从动件位移曲线；
图5是进气凸轮工作段从动件速度曲线；
图6是进气凸轮工作段从动件加速度曲线；
图7是排气凸轮工作段从动件位移曲线；
图8是排气凸轮工作段从动件速度曲线；
图9是排气凸轮工作段从动件加速度曲线。
图中各标号为：1、进气凸轮；1-1、进气凸轮基圆段；1-2、进气上升阶段；1-3、进气下降阶段；2、滚子摇臂；3、进气门；4、液压间隙调节器；5、排气凸轮；5-1、排气凸轮基圆段；5-2、排气上升阶段；5-3、排气下降阶段；6.排气门。
具体实施方式
本发明对带有液压间隙调节器配气机构的运动规律进行反复研究，优化设计一种在保证发动机动力性和经济性的前提下，使配气机构振动小、气门落座速度和落座力合理的低噪声发动机配气凸轮机构。所述机构如图1所示，包括它进气凸轮1、进气门3、排气凸轮5、排气门6，进气凸轮、排气凸轮分别经滚子摇臂2驱动进气门、排气门动作，在滚子摇臂的一端设有液压间隙调节器4。
参看图2及图4-6，进气凸轮1的轮廓由基圆段1-1和工作段组成，工作段为110°-256°区间，进气凸轮转角110°度至180°区间时为进气上升阶段1-2，其中110°-118°区间对应进气门上升缓冲段；进气凸轮转角180°至256°区间为进气下降阶段1-3，其中,247°-256°区间对应进气门下降缓冲段。由图6可见，进气凸轮转角118°-180°区间和180-247°区间从动件加速度曲线分别由8段曲线光滑过渡连接而成，其中上升阶段139°-145°区间、下降阶段240°-247°区间为从动件匀速运动阶段。
参看图3及图7-9，排气凸轮5的轮廓是由基圆段5-1和工作段组成，工作段为103°-262°区间，排气凸轮转角103°度至180°时为排气上升阶段5-2，其中103°-111°区间对应进气门上升缓冲段；进气凸轮转角180°至262°为进气下降阶段1-3，其中,254°-262°区间对应进气门下降缓冲段。由图9可见，排气凸轮转角111°-180°区间和180-257°区间从动件加速度曲线分别由8段曲线光滑过渡连接而成，其中上升阶段137°-144°区间、下降阶段247°-254°区间为从动件匀速运动阶段。
进气凸轮、排气凸轮分别设置上升缓冲段的目的是：使凸轮与摇臂、摇臂与气门之间在较小的速度下建立接触，缓冲段只需要克服配气机构零部件的静变形即可；设置下降段缓冲段的目的是：使气门以较小的速度落座。进气凸轮、排气凸轮在上升阶段设置匀速运动阶段，避免了配气机构运动件惯性力方向变化引起的凸轮与摇臂、摇臂与气门之间接触力的急剧变化，可以减小振动；在下降阶段设置匀速运动阶段保证了气门以相同的速度平稳落座，能较好的控制气门落座速度和落座力，有利于声品质的改善和减小气门与座圈之间的磨损。
以下给出本发明进气凸轮工作段凸轮转角与从动件位移对应关系的数值表：
进气凸轮基圆直径为30毫米。
以下给出本发明排气凸轮工作段凸轮转角与从动件位移对应关系的数值表：
排气凸轮基圆直径为30毫米。
Figure 285355DEST_PATH_IMAGE004
需要说明的是：凸轮从动件为滚子，进、排气凸轮分别经过滚子摇臂控制进、排气门的动作，凸轮从动件运动与进、排气门的运动有1-2°的角度差。

Claims (2)

1.一种低噪声发动机配气凸轮机构，包括进气凸轮（1）、进气门（3）、排气凸轮（5）、排气门（6），所述进气凸轮、排气凸轮的轮廓分别由基圆段和工作段组成，其特征在于：所述进气凸轮工作段为110°-256°区间，进气凸轮转角110°-180°区间时为进气上升阶段（1-2），进气凸轮转角180°-256°为进气下降阶段（1-3），在进气凸轮转角118°-247°区间加速度曲线光滑过渡，在进气凸轮转角139°-145°区间、240°-247°区间为从动件匀速运动阶段；所述排气凸轮工作段为103°-262°区间，排气凸轮转角103°-180°区间时为排气上升阶段（5-2），排气凸轮转角180°-256°区间为排气下降阶段（5-3），在排气凸轮转角111°-254°区间加速度曲线光滑过渡，在排气凸轮转角137°-144°区间、247°-254°区间为从动件匀速运动阶段；
所述进气凸轮工作段线型如下确定：建立平面直角坐标系，横坐标为进气凸轮转角，纵坐标为凸轮从动件位移数值，则进气凸轮从动件的位移和凸轮转角之间的对应关系如下：
转角 位移 转角 位移 转角 位移 转角 位移 转角 位移 110 0 140 1.051 170 3.3959 200 3.0766 230 0.299 111 2E-05 141 1.1432 171 3.4333 201 3.0133 231 0.2483 112 0.0006 142 1.2367 172 3.4675 202 2.9466 232 0.2043 113 0.0021 143 1.3316 173 3.4985 203 2.8764 233 0.167 114 0.0045 144 1.4276 174 3.5262 204 2.8027 234 0.1364 115 0.0078 145 1.5244 175 3.5506 205 2.7255 235 0.1123 116 0.0118 146 1.6217 176 3.5718 206 2.6447 236 0.0943 117 0.0162 147 1.7192 177 3.5896 207 2.5604 237 0.0814 118 0.021 148 1.8166 178 3.6042 208 2.4725 238 0.0723 119 0.0259 149 1.9134 179 3.6155 209 2.3811 239 0.0658 120 0.0316 150 2.0093 180 3.6235 210 2.2861 240 0.0605 121 0.039 151 2.1038 181 3.6281 211 2.1876 241 0.0555 122 0.0495 152 2.1967 182 3.6295 212 2.0857 242 0.0506 123 0.0643 153 2.2874 183 3.6274 213 1.9803 243 0.0457 124 0.0838 154 2.3757 184 3.6221 214 1.8717 244 0.0408 125 0.1085 155 2.4615 185 3.6134 215 1.7601 245 0.0358 126 0.1383 156 2.5446 186 3.6014 216 1.6461 246 0.0309 127 0.1731 157 2.6249 187 3.586 217 1.5303 247 0.026 128 0.2128 158 2.7023 188 3.5672 218 1.4133 248 0.0211 129 0.2576 159 2.7769 189 3.545 219 1.2961 249 0.0163 130 0.3072 160 2.8485 190 3.5195 220 1.1795 250 0.0118 131 0.3618 161 2.9171 191 3.4906 221 1.065 251 0.0079 132 0.4212 162 2.9827 192 3.4583 222 0.9543 252 0.0046 133 0.4854 163 3.0452 193 3.4226 223 0.8487 253 0.0021 134 0.5544 164 3.1047 194 3.3834 224 0.7492 254 0.0006 135 0.6281 165 3.1611 195 3.3409 225 0.6566 255 2E-05 136 0.7061 166 3.2143 196 3.2949 226 0.5711 256 0 137 0.7879 167 3.2645 197 3.2455 227 0.4926     138 0.873 168 3.3115 198 3.1926 228 0.4211     139 0.9607 169 3.3553 199 3.1363 229 0.3566    
；上述数据中转角的单位为°，位移的单位为mm。
2.根据权利要求1所述的低噪声发动机配气凸轮机构，其特征在于：所述排气凸轮工作段线型如下确定：建立平面直角坐标系，横坐标为排气凸轮转角，纵坐标为排气凸轮从动件位移数值，则排气凸轮从动件的位移和凸轮转角之间的对应关系如下：
转角 位移 转角 位移 转角 位移 转角 位移 转角 位移 103 0 135 1.4804 167 4.754 199 4.492645 231 0.6674 104 0.0002 136 1.5993 168 4.8081 200 4.416736 232 0.5806 105 0.0012 137 1.7185 169 4.8583 201 4.336653 233 0.501 106 0.0032 138 1.8379 170 4.9046 202 4.25239 234 0.4287 107 0.0062 139 1.9575 171 4.9469 203 4.16394 235 0.3635 108 0.0098 140 2.0773 172 4.9853 204 4.071297 236 0.3056 109 0.0141 141 2.1972 173 5.0197 205 3.974461 237 0.2547 110 0.0188 142 2.3172 174 5.0502 206 3.873433 238 0.2107 111 0.0237 143 2.4374 175 5.0766 207 3.768222 239 0.1736 112 0.0289 144 2.5577 176 5.0991 208 3.658844 240 0.1431 113 0.035 145 2.6782 177 5.1176 209 3.545323 241 0.1187 114 0.0429 146 2.7986 178 5.132 210 3.427693 242 0.1001 115 0.0537 147 2.9186 179 5.1424 211 3.305999 243 0.0864 116 0.0681 148 3.0377 180 5.1488 212 3.180303 244 0.0766 117 0.0872 149 3.1554 181 5.1511 213 3.050693 245 0.0695 118 0.1117 150 3.2713 182 5.1494 214 2.917304 246 0.0638 119 0.1424 151 3.3849 183 5.1436 215 2.78033 247 0.0587 120 0.1797 152 3.4959 184 5.1338 216 2.640048 248 0.0537 121 0.2236 153 3.604 185 5.1199 217 2.496853 249 0.0487 122 0.2741 154 3.709 186 5.1019 218 2.35114 250 0.0437 123 0.3312 155 3.8108 187 5.0798 219 2.203753 251 0.0387 124 0.3949 156 3.9093 188 5.0535 220 2.055312 252 0.0337 125 0.4652 157 4.0044 189 5.0232 221 1.906797 253 0.0288 126 0.5419 158 4.096 190 4.9888 222 1.759121 254 0.0238 127 0.625 159 4.184 191 4.9502 223 1.614539 255 0.0189 128 0.7146 160 4.2684 192 4.9075 224 1.473958 256 0.0142 129 0.8104 161 4.349 193 4.8607 225 1.338727 257 0.0099 130 0.9121 162 4.426 194 4.8097 226 1.209599 258 0.0062 131 1.0192 163 4.4992 195 4.7546 227 1.087049 259 0.0033 132 1.1305 164 4.5687 196 4.6954 228 0.971396 260 0.0012 133 1.2451 165 4.6343 197 4.632 229 0.86284 261 0.0002 134 1.3623 166 4.6961 198 4.5644 230 0.761488 262 0
；上述数据中转角的单位为°，位移的单位为mm。
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