CN102619657A - 电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线 - Google Patents

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杨卫平
酒建刚
杨艳珺
翟平
王艳萍
李志丹
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Abstract

电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，由升程段、远休止段、回程段、近休止段依次构成。升程段由加速度均匀增加的加速段—加速度均匀减少的加速段—预喷匀速段—加速度均匀增加的加速段—匀加速段—加速度均匀减少的加速段—主喷匀速段—加速度值均匀增加的减速段—匀减速段—加速度值均匀减小的减速段—后喷匀速段—加速度值逐渐增加的减速段—匀减速段所构成。远休止段速度为0。回程段由加速度值均匀增加的加速度段—加速度值均匀减小的加速段—匀速段—加速度均匀增加的加速段—加速度均匀减少的加速段所构成。近休止段速度为0。该型线可实现预喷、主喷及后喷三次喷射，升程曲线连续光滑，无柔性冲击、振动小、噪声低、颗粒及氮氧排放量低。

Description

电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线
技术领域
本发明属于内燃机领域，涉及一种电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线。
背景技术
随着世界工业化和经济一体化的不断加快，可持续发展的呼声越来越高，。节约能源、保护生态环境、减少污染已成为世界各国的共识。因此，各国对发动机有害废气排放制定了越来越严格的法规。针对道路车辆，欧洲2008年实施欧Ⅴ排放法规，我国将于2012年实施国Ⅴ排放法规；非道路车辆的排放法规也将逐步实施。2008年起，出口到欧洲的非道路车辆必须达到欧ⅢA排放标准，2012年实施欧ⅢB排放法规。目前国内满足欧Ⅲ排放法规的电控单体泵燃油系统大都只能实现一次喷射，在现有单体泵技术基础上进行革新，使其灵活实现控制多次喷射，满足颗粒过滤器的主动再生要求，以满足柴油机产品的不断升级换代和国家环保标准提高，为国内柴油机市场提供燃油系统升级产品。
发明内容
本发明的目的是针对现有电控单体泵燃油系统只能实现一次喷射的不足之处，提供一种新颖的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线。
本发明采用以下技术方案达到上述目的，电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其型线共分为四段，即升程段、远休止段、回程段、近休止段; 凸轮型线由升程段、远休止段、回程段、近休止段依次所构成。
所述的升程段依次由加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段 —预喷匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 匀加速段 — 加速度均匀减少的加速段 — 主喷匀速段 — 加速度值均匀增加的减速段 — 匀减速段 — 加速度值均匀减小的减速段—后喷匀速段 — 加速度值逐渐增加的减速段 — 匀减速段所构成。 
所述的远休止段速度为，位移恒定。
所述的回程段依次由加速度值均匀增加的加速度段 — 加速度值均匀减小的加速段 — 匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段所构成。
所述的近休止段速度为0，位移恒定。
凸轮型线的设计方法如下：
a.凸轮型线基本参数为： 基圆直径为36mm，升程为16.4mm，滚轮直径为32mm。
b.凸轮型线分段进行凸轮转角α分配,各区间点符号分别为： α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、α10、α11、α12、α13、α14、α15、α16、α17、α18、α19 、α20，其值依次是21°、21.5°、28.5°、29°、33°33.5°、50.5°、51°、56.5°、57°、67°、67.5°、74.5°、81°、102°、123°、243°、264°、285°、360°。
c.从动件的初始加速度为0.0106 mm/deg2  ，三次喷射时的工作速度分别为0.26 mm/deg、0.34 mm/deg、 0.20 mm/deg。
d. 凸轮型线相应的数学模型及边界条件为：
Figure 919271DEST_PATH_IMAGE002
Figure 921042DEST_PATH_IMAGE006
Figure 186807DEST_PATH_IMAGE008
Figure 684784DEST_PATH_IMAGE010
Figure 128535DEST_PATH_IMAGE012
Figure 531704DEST_PATH_IMAGE014
Figure 414209DEST_PATH_IMAGE016
Figure 704376DEST_PATH_IMAGE018
Figure 212422DEST_PATH_IMAGE022
Figure 633039DEST_PATH_IMAGE024
Figure 78113DEST_PATH_IMAGE028
Figure 190294DEST_PATH_IMAGE030
Figure 414602DEST_PATH_IMAGE032
Figure 679362DEST_PATH_IMAGE034
Figure 150663DEST_PATH_IMAGE036
Figure 263293DEST_PATH_IMAGE040
Figure 623037DEST_PATH_IMAGE042
Figure 15972DEST_PATH_IMAGE044
e.根据上面的数学模型即可求得相应区间段的加速度曲线方程，将曲线积分一次，得出速度曲线方程，再积分一次，得出升程曲线方程，从而便可求出相应的凸轮型线。
本发明可达到如下积极效果： 
该发明凸轮型线由多段函数方程组成，采用多段函数凸轮型线不仅能够获得连续光滑的升程曲线，还可以使柱塞从动件的速度和加速度曲线高阶连续可导，避免供油泵工作过程中凸轮和滚轮产生刚性和柔性冲击，起到降低喷油泵的振动、噪声和凸轮与滚轮副间的接触应力的作用，从而提高整个供油系统工作的可靠性。按本发明凸轮型线制作的凸轮，可以灵活实现控制预喷、主喷及后喷三次喷射，预喷有利于减少发动机的噪声、降低氮氧化物排放量，后喷有利于颗粒过滤器排气后处理装置的主动再生、降低颗粒物排放量。
附图说明：
图1为本发明电控单体泵燃油系统柱塞从动件的运动规律曲线图。
图2为本发明电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线轮廓结构图。
图3为本发明电控单体泵燃油系统的工作过程示意图。
具体实施方式：
附图1描述了本发明电控单体泵燃油系统柱塞从动件的运动规律曲线，包括柱塞升程曲线C1(mm)、柱塞速度曲线C2(mm/deg * 40)、柱塞加速度曲线(C3 mm/deg2 * 400)。附图2描述了电控单体泵燃油系统凸轮轮廓，包括凸轮基圆直径d,凸轮最大升程h,滚轮直径d',凸轮型线由升程段A、远休止段B、回程段C、近休止段D依次所构成。
所述的升程段A依次由加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段 —预喷匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 匀加速段 — 加速度均匀减少的加速段 — 主喷匀速段 — 加速度值均匀增加的减速段 — 匀减速段 — 加速度值均匀减小的减速段—后喷匀速段 — 加速度值逐渐增加的减速段 — 匀减速段所构成。 
所述的远休止段B速度为0，位移恒定。
所述的回程段C依次由加速度值均匀增加的加速度段 — 加速度值均匀减小的加速段 — 匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段所构成。
所述的近休止段D速度为0，位移恒定。
根据上述数学模型，用Matlab数学分析软件编程计算可得结果，见表1、表2。
表1 升程段凸轮升程值
凸轮转角α/° 升程h/mm 凸轮转角α/° 升程h/mm 凸轮转角α/° 升程h/mm
0 0.0000 28.5 4.5243 56 13.4936
1 0.0053 29 4.6551 57 13.7004
2 0.0214 30 4.9360 58 13.9004
3 0.0484 31 5.2537 59 14.1004
4 0.0864 32 5.6071 60 14.3004
5 0.1357 33 5.9960 61 14.5004
6 0.1963 33.5 6.1654 62 14.7004
7 0.2685 34.5 6.5054 63 14.9004
8 0.3523 35.5 6.8454 64 15.1004
9 0.4480 36.5 7.1854 65 15.3004
10 0.5557 37.5 7.5254 66 15.5004
11 0.6754 38.5 7.8654 67 15.7004
12 0.8075 39.5 8.2054 67.5 15.7992
13 0.9521 40.5 8.5454 68.5 15.9785
14 1.1092 41.5 8.8854 69.5 16.1303
15 1.2791 42.5 9.2254 70.5 16.2544
16 1.4619 43.5 9.5654 71.5 16.3510
17 1.6577 44.5 9.9054 72.5 16.4199
18 1.8668 45.5 10.2454 73.5 16.4613
19 2.0893 46.5 10.5854 74.5 16.4751
20 2.3252 47.5 10.9254 75.5 16.4751
21 2.5749 48.5 11.2654 76.5 16.4751
21.5 2.7043 49.5 11.6054 77.5 16.4751
22.5 2.9643 50.5 11.9454 78.5 16.4751
23.5 3.2243 51 12.1144 79.5 16.4751
24.5 3.4843 52 12.4369 80.5 16.4751
25.5 3.7443 53 12.7361 81 16.4751
26.5 4.0043 54 13.0119    
27.5 4.2643 55 13.2644    
表2 回程段凸轮升程值
凸轮转角α/° 升程h/mm 凸轮转角α/° 升程h/mm 凸轮转角α/° 升程h/mm
83 16.4748 151 11.4919 219 4.5764
84 16.4741 152 11.3902 220 4.4747
85 16.4726 153 11.2885 221 4.3730
86 16.4703 154 11.1868 222 4.2713
87 16.4668 155 11.0851 223 4.1696
88 16.4619 156 10.9834 224 4.0679
89 16.4554 157 10.8817 225 3.9662
90 16.4471 158 10.7800 226 3.8645
91 16.4367 159 10.6783 227 3.7628
92 16.4239 160 10.5766 228 3.6611
93 16.4087 161 10.4749 229 3.5594
94 16.3907 162 10.3732 230 3.4577
95 16.3696 163 10.2715 231 3.3560
96 16.3454 164 10.1698 232 3.2543
97 16.3177 165 10.0681 233 3.1526
98 16.2863 166 9.9664 234 3.0509
99 16.2509 167 9.8647 235 2.9492
100 16.2115 168 9.7630 236 2.8475
101 16.1676 169 9.6613 237 2.7458
102 16.1192 170 9.5596 238 2.6442
103 16.0659 171 9.4579 239 2.5425
104 16.0081 172 9.3562 240 2.4408
105 15.9459 173 9.2545 241 2.3391
106 15.8795 174 9.1528 242 2.2374
107 15.8092 175 9.0511 243 2.1357
108 15.7352 176 8.9494 244 2.0340
109 15.6577 177 8.8477 245 1.9326
110 15.5771 178 8.7460 246 1.8316
111 15.4934 179 8.6443 247 1.7313
112 15.4070 180 8.5426 248 1.6320
113 15.3180 181 8.4409 249 1.5338
114 15.2267 182 8.3392 250 1.4370
115 15.1333 183 8.2375 251 1.3418
116 15.0381 184 8.1359 252 1.2484
117 14.9413 185 8.0342 253 1.1571
118 14.8431 186 7.9325 254 1.0681
119 14.7438 187 7.8308 255 0.9817
120 14.6435 188 7.7291 256 0.8980
121 14.5425 189 7.6274 257 0.8174
122 14.4411 190 7.5257 258 0.7399
123 14.3394 191 7.4240 259 0.6659
124 14.2377 192 7.3223 260 0.5956
125 14.1360 193 7.2206 261 0.5292
126 14.0343 194 7.1189 262 0.4670
127 13.9326 195 7.0172 263 0.4092
128 13.8309 196 6.9155 264 0.3559
129 13.7292 197 6.8138 265 0.3075
130 13.6276 198 6.7121 266 0.2636
131 13.5259 199 6.6104 267 0.2242
132 13.4242 200 6.5087 268 0.1888
133 13.3225 201 6.4070 269 0.1574
134 13.2208 202 6.3053 270 0.1297
135 13.1191 203 6.2036 271 0.1055
136 13.0174 204 6.1019 272 0.0844
137 12.9157 205 6.0002 273 0.0664
138 12.8140 206 5.8985 274 0.0512
139 12.7123 207 5.7968 275 0.0384
140 12.6106 208 5.6951 276 0.0280
141 12.5089 209 5.5934 277 0.0197
142 12.4072 210 5.4917 278 0.0132
143 12.3055 211 5.3900 279 0.0083
144 12.2038 212 5.2883 280 0.0048
145 12.1021 213 5.1866 281 0.0025
146 12.0004 214 5.0849 282 0.0010
147 11.8987 215 4.9832 283 0.0003
148 11.7970 216 4.8815 284 0.0000
149 11.6953 217 4.7798 285 0.0000
150 11.5936 218 4.6781    
本发明所述的对应凸轮升程段A中的柱塞从动件三段等速段是电控单体泵的工作供油段。将单体泵的工作供油段设计在等速段，是因为在相同的供油速度下，通过电控单元14控制电磁阀13的开闭时间，从而达到精确控制三次喷射的喷油量和喷油定时的目的。
如附图3所示，单体泵4的滚轮10与凸轮12为对心式的线接触。凸轮轴11随发动机转动带动滚轮10及滚轮体9运动，进而带动柱塞7克服柱塞弹簧8作直线往复运动，使高压油路中产生高压燃油；电磁阀13通过电控单元14精确控制高压燃油的喷油量和喷油定时。高压燃油经过高压油管5进入喷油器6，在气缸中产生预喷、主喷和后喷三次喷射。

Claims (6)

1. 电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其型线共分为四段，即升程段（A）、远休止段（B）、回程段（C）、近休止段（D）；其特征在于: 凸轮型线由升程段（A）、远休止段（B）、回程段（C）、近休止段（D）依次所构成。
2.根据权利要求1所述的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其特征在于：升程段（A）依次由加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段 —预喷匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 匀加速段 — 加速度均匀减少的加速段 — 主喷匀速段 — 加速度值均匀增加的减速段 — 匀减速段 — 加速度值均匀减小的减速段—后喷匀速段 — 加速度值逐渐增加的减速段 — 匀减速段所构成。
3. 根据权利要求1所述的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其特征在于：所述的远休止段（B）速度为0，位移恒定。
4.根据权利要求1所述的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其特征在于：所述的回程段（C）依次由加速度值均匀增加的加速度段 — 加速度值均匀减小的加速段 — 匀速段 — 加速度均匀增加的加速段 — 加速度均匀减少的加速段所构成。
5.根据权利要求1所述的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其特征在于：所述的近休止段（D）速度为0，位移恒定。
6.根据权利要求1所述的电控单体泵燃油系统三次喷射凸轮型线，其特征在于：凸轮型线的设计方法如下：
a.凸轮型线基本参数为： 基圆直径（d）为36mm，升程（h）为16.4mm，滚轮直径（d'）为32mm；
b.凸轮型线分段进行凸轮转角（α）分配,各区间点符号分别为： （α1）、（α2）、（α3）、（α4）、（α5）、（α6）、（α7）、（α8）、（α9）、（α10）、（α11）、（α12）、（α13）、（α14）、（α15）、（α16）、（α17）、（α18）、（α19 ）、（α20），其值依次是21°、21.5°、28.5°、29°、33°33.5°、50.5°、51°、56.5°、57°、67°、67.5°、74.5°、81°、102°、123°、243°、264°、285°、360°；
c.从动件的初始加速度为0.0106 mm/deg2  ，三次喷射时的工作速度分别为0.26 mm/deg、0.34 mm/deg、 0.20 mm/deg；
d. 凸轮型线相应的数学模型及边界条件为：
Figure 635829DEST_PATH_IMAGE001
Figure 644236DEST_PATH_IMAGE002
Figure 884594DEST_PATH_IMAGE003
Figure 662057DEST_PATH_IMAGE004
Figure 329667DEST_PATH_IMAGE005
Figure 559792DEST_PATH_IMAGE006
Figure 606770DEST_PATH_IMAGE007
Figure 238739DEST_PATH_IMAGE008
Figure 122567DEST_PATH_IMAGE010
Figure 455460DEST_PATH_IMAGE011
Figure 191204DEST_PATH_IMAGE012
Figure 216928DEST_PATH_IMAGE013
Figure 670912DEST_PATH_IMAGE014
Figure 807496DEST_PATH_IMAGE015
Figure 210795DEST_PATH_IMAGE016
Figure 287312DEST_PATH_IMAGE019
Figure 748381DEST_PATH_IMAGE020
Figure 365176DEST_PATH_IMAGE021
Figure 341222DEST_PATH_IMAGE022
e.根据上面的数学模型即可求得相应区间段的加速度曲线方程，将曲线积分一次，得出速度曲线方程，再积分一次，得出升程曲线方程，从而便可求出相应的凸轮型线。
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