CN102661223B - 一种靴形型线凸轮 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种靴形型线凸轮，包括推程段和回程段，推程段对应柱塞从动件运动规律的正向等加速阶段、工作段和正向等减速阶段，回程段对应柱塞从动件运动规律的反向等加速阶段、反向等速阶段和反向等减速阶段，反向等速阶段速度大小为v₃；工作段还包括两个等速阶段以及一个等加速阶段，两个等速阶段的速度分别为v₁、v₂。本发明能够兼顾柴油机二次喷射时主、预喷射对喷油压力和喷油速率的不同要求，并且在单次喷射时能够实现靴形喷射。

Description

一种靴形型线凸轮

技术领域

本发明涉及的是发动机领域的凸轮。

背景技术

传统技术中，用于柴油机电控喷油系统的供油泵凸轮为等速凸轮，其推程段对应柱塞从动件运动规律的正向等加速、正向等速和正向等减速阶段，回程段对应凸轮柱塞从动件运动规律的反向等加速、反向等速和反向等减速阶段。尽管等速凸轮在实际喷油系统中得到了广泛的应用，并且具有便于控制喷射规律的优点，但也存在不足之处：一、应用等速凸轮的喷油系统其喷油持续期集中在推程段的正向等速阶段，无法实现先缓后急的靴形喷射，使发动机的工作噪声较大，污染物排放较多；二、对于二次喷射，等速凸轮不能兼顾主、预喷射对喷油压力和喷油速率的不同要求，由于等速阶段柱塞从动件运动速度较大，导致预喷射的喷油压力合喷油速率过大，增大了控制系统对小喷油量的控制难度，使其持续时间过长，喷油量过大，无法很好地实现预喷射降低噪声、减小污染物生成的目的，进而不能满排放法规和经济性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供能够兼顾柴油机二次喷射时主、预喷射对喷油压力和喷油速率的不同要求，并且在单次喷射时能够实现靴形喷射的一种靴形型线凸轮。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种靴形型线凸轮，包括推程段和回程段，其特征是：推程段对应柱塞从动件运动规律的正向等加速阶段、工作段和正向等减速阶段，回程段对应柱塞从动件运动规律的反向等加速阶段、反向等速阶段和反向等减速阶段，反向等速阶段速度大小为v₃；工作段还包括两个等速阶段以及一个等加速阶段，两个等速阶段的速度分别为v₁、v₂；

柱塞从动件的各段运动方程分别为：

（1）正向等加速阶段对应凸轮转角为[0°,φ₁]，φ₁∈[26°,30°]，

速率参数方程为：（φ∈[0°,φ₁]），v₁∈[0.16,0.25]mm/CA°,

位移参数方程为：（φ∈[0°,φ₁]）；

（2）工作段对应凸轮转角为[φ₁,φ₄]，φ₄-φ₁=24°，

1）第一段等速阶段对应凸轮转角为[φ₁,φ₂]，（φ₂-φ₁）∈[6°,8°]，

速率参数方程为：V₂＝v₁    （φ∈[φ₁,φ₂]），

位移参数方程为：

（φ∈[φ₁,φ₂]）；

2）加速阶段对应凸轮转角为[φ₂,φ₃]，（φ₄-φ₃）∈[10°,12°]，

速率参数方程为：

（φ∈[φ₂,φ₃]），v₂∈[0.3,0.4]mm/CA°,

位移参数方程为： $y_3={\mathrm{\φ}}_2{v}_1-\frac{v_1{\mathrm{\φ}}_1}{2}+\frac{v_2-v_1}{2({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\φ}}_2)}{(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)}^2+v_1(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)$ （φ∈[φ₂,φ₃]）；

3）第二段等速阶段对应凸轮转角为[φ₃,φ₄]，

速率参数方程为：V₄＝v₂    （φ∈[φ₃,φ₄]），

位移参数方程为： $y_4=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_2)+v_2(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_3)$ （φ∈[φ₃,φ₄]）；

（3）正向等减速阶段对应凸轮转角为[φ₄,φ₅]，φ₅=66°，

速率参数方程为：

（φ∈[φ₄,φ₅]），

位移参数方程为： $y_5=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+2{\mathrm{\φ}}_4{v}_2),$

$+\frac{v_2}{2({\mathrm{\φ}}_4-{\mathrm{\φ}}_5)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_4)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_4-2{\mathrm{\φ}}_5)$ （φ∈[φ₄,φ₅]）；

（4）反向等加速阶段对应凸轮转角为[φ₅,φ₆]，φ₆=98.4°，

速率参数方程为：

（φ∈[φ₅,φ₆]），v₃∈[0.05,0.08]mm/CA°,

位移参数方程为： $y_6=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2),$

$+\frac{v_3}{2({\mathrm{\φ}}_5-{\mathrm{\φ}}_6)}{(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_5)}^2$ （φ∈[φ₅,φ₆]）；

（5）反向等速阶段对应凸轮转角为[φ₆,φ₇]，φ₇=297.8°，

速率参数方程为：V₇＝-v₃    （φ∈[φ₆,φ₇]），

位移参数方程为： $y_7=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3-{\mathrm{\φ}}_6{v}_3)$

$-v_3(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_6)$ （φ∈[φ₆,φ₇]）；

（6）反向等减速阶段对应凸轮转角为[φ₇,φ₈]，

速率参数方程为：

（φ∈[φ₇,φ₈]），

位移参数方程为： $y_8=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3+{\mathrm{\φ}}_6{v}_3$

$-2{\mathrm{\φ}}_7{v}_3)+\frac{v_3}{2({\mathrm{\φ}}_8-{\mathrm{\φ}}_7)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_7)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_7-2{\mathrm{\φ}}_8)$

（φ∈[φ₇,φ₈]）。

本发明还可以包括：

1、所述的φ₁为27°、28°、29°。

2、所述的v₁、v₂、v₃分别为0.2mm/CA°、0.35mm/CA°、0.65mm/CA°。

本发明的优势在于：本发明符合先缓后急的喷油规律，单次喷射时能够实现理想的靴形喷射，使柴油机工作更加平稳，减少了噪声和污染物的排放。二次喷射时，预喷射和主喷射分别集中在工作段的第一个和第二个等速阶段，减小了控制系统对预喷射小喷油量的控制难度，同时还能够提高主喷射的喷油压力和喷油速率，从而达到降低发动机工作噪声、减小污染物排放和改善喷油雾化效果的目的，进而满足日益严格的排放法规和经济性的要求。

附图说明

图1a为速度曲线及其推程段放大图a，图1b为速度曲线及其推程段放大图b；

图2a为升程曲线及其推程段放大图a，图2b为升程曲线及其推程段放大图b；

图3为靴型喷油凸轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明的靴形凸轮型线，其推程段对应柱塞从动件运动规律的正向等加速阶段[0°,φ₁]、工作段[φ₁,φ₄]和正向等减速阶段[φ₄,φ₅]，凸轮的回程段对应柱塞从动件运动规律的反向等加速阶段[φ₅,φ₆]、反向等速阶段[φ₆,φ₇]（速度大小为v₃）和反向等减速阶段[φ₇,φ₈]。凸轮工作段又包括两个等速阶段[φ₁,φ₂]（速度大小为v₁）和[φ₃,φ₄]（速度大小为v₂）以及一个等加速阶段[φ₂,φ₃]。柱塞从动件的各段运动方程分别为：

1、正向等加速阶段[0°,φ₁]

速率参数方程为：

（φ∈[0°,φ₁]）

位移参数方程为：

（φ∈[0°,φ₁]）

2、工作段[φ₁,φ₄]

1）第一段等速阶段[φ₁,φ₂]

速率参数方程为：V₂＝v₁    （φ∈[φ₁,φ₂]）

位移参数方程为：

（φ∈[φ₁,φ₂]）

2）加速阶段[φ₂,φ₃]

速率参数方程为：（φ∈[φ₂,φ₃]）

位移参数方程为： $y_3={\mathrm{\φ}}_2{v}_1-\frac{v_1{\mathrm{\φ}}_1}{2}+\frac{v_2-v_1}{2({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\φ}}_2)}{(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)}^2+v_1(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)$ （φ∈[φ₂,φ₃]）

3）第二段等速阶段[φ₃,φ₄]

速率参数方程为：V₄＝v₂    （φ∈[φ₃,φ₄]）

位移参数方程为： $y_4=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_2)+v_2(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_3)$

（φ∈[φ₃,φ₄]）

3、正向等减速阶段[φ₄,φ₅]

速率参数方程为：（φ∈[φ₄,φ₅]）

位移参数方程为： $y_5=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+2{\mathrm{\φ}}_4{v}_2)$

$+\frac{v_2}{2({\mathrm{\φ}}_4-{\mathrm{\φ}}_5)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_4)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_4-2{\mathrm{\φ}}_5)$ （φ∈[φ₄,φ₅]）

4、反向等加速阶段[φ₅,φ₆]

速率参数方程为：

（φ∈[φ₅,φ₆]）

位移参数方程为： $y_6=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2)$

$+\frac{v_3}{2({\mathrm{\φ}}_5-{\mathrm{\φ}}_6)}{(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_5)}^2$ （φ∈[φ₅,φ₆]）

5、反向等速阶段[φ₆,φ₇]

速率参数方程为：V₇＝-v₃    （φ∈[φ₆,φ₇]）

位移参数方程为： $y_7=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3-{\mathrm{\φ}}_6{v}_3)$

$-v_3(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_6)$ （φ∈[φ₆,φ₇]）

6、反向等减速阶段[φ₇,φ₈]

速率参数方程为：

（φ∈[φ₇,φ₈]）

位移参数方程为： $y_8=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3+{\mathrm{\φ}}_6{v}_3$

$-2{\mathrm{\φ}}_7{v}_3)+\frac{v_3}{2({\mathrm{\φ}}_8-{\mathrm{\φ}}_7)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_7)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_7-2{\mathrm{\φ}}_8)$ （φ∈[φ₇,φ₈]）

上述运动方程中的参数变化范围分别为：

φ₁∈[26°,30°]    （φ₂-φ₁）∈[6°,8°]    （φ₄-φ₃）∈[10°,12°]

φ₄-φ₁=24°    φ₅=66°    φ₆=98.4°    φ₇=297.8°

v₁∈[0.16,0.25]    v₂∈[0.3,0.4]    v₃∈[0.05,0.08]

φ₈由以上参数取值决定

对于单次喷射的喷油系统，其喷油持续期的前半程集中在推程段的第一个等速阶段和第二个等加速阶段，此时的柱塞从动件运动速率相对较小，能够得到较低的喷油压力和较小喷油速率；喷油持续期的后半程则集中在推程段的第二个等速阶段，该阶段的柱塞从动件运动速率相对较大，能够得到较高的喷油压力和较大的喷油速率。因此，靴形凸轮型线符合了先缓后急的喷油规律，能够实现理想的靴形喷射，使发动机的工作更加平稳，减少了噪声和污染物的排放。

对于二次喷射的喷油系统，其预喷射的喷油持续期集中在推程段的第一个等速阶段，该阶段的柱塞从动件运动速率相对较小，降低了喷油压力、喷油速率，便于对预喷射的持续时间和喷油量进行控制，从而很好的实现降低噪声、减小污染物生成的目的；主喷射的喷油持续期集中在推程段的第二个等速阶段，经过第二个加速阶段的加速，该阶段的柱塞从动件运动速率相对第一个等速阶段较大，从而提高了主喷射的喷油压力和喷油速率，改善了喷油雾化效果，提高了系统的经济性，减少了污染物的排放，进而满足了日益严格的排放法规进。因此，本发明中的靴形喷油凸轮型线兼顾了二次喷射时主、预喷射对喷油压力和喷油速率的不同要求，并且在单次喷射时能够实现先缓后急的靴形喷射。

Claims (3)

1.一种靴形型线凸轮，包括推程段和回程段，其特征是：推程段对应柱塞从动件运动规律的正向等加速阶段、工作段和正向等减速阶段，回程段对应柱塞从动件运动规律的反向等加速阶段、反向等速阶段和反向等减速阶段，反向等速阶段速度大小为v₃；工作段还包括两个等速阶段以及一个等加速阶段，两个等速阶段的速度分别为v₁、v₂；

柱塞从动件的各段运动方程分别为：

(1)正向等加速阶段对应凸轮转角为[0°，φ₁]，φ₁∈[26°，30°]，

速率参数方程为：

(φ∈[0°，φ₁])，v₁∈[0.16，0.25]mm/CA°，

位移参数方程为：

(φ∈[0°，φ₁])；

(2)工作段对应凸轮转角为[φ₁，φ₄]，φ₄-φ₁＝24°，

1)第一段等速阶段对应凸轮转角为[φ₁，φ₂]，(φ₂-φ₁)∈[6°，8°]，

速率参数方程为：V₂＝v₁  (φ∈[φ₁，φ₂])，

位移参数方程为：

(φ∈[φ₁，φ₂])；

2)加速阶段对应凸轮转角为[φ₂，φ₃]，(φ₄-φ₃)∈[10°，12°]，

速率参数方程为：

(φ∈[φ₂，φ₃])，v₂∈[0.3，0.4]mm/CA°，

位移参数方程为： $y_3={\mathrm{\φ}}_2{v}_1-\frac{v_1{\mathrm{\φ}}_1}{2}+\frac{v_2-v_1}{2({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\φ}}_2)}{(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)}^2+v_1(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)$ (φ∈[φ₂，φ₃])；

3)第二段等速阶段对应凸轮转角为[φ₃，φ₄]，

速率参数方程为：V₄＝v₂  (φ∈[φ₃，φ₄])，

位移参数方程为： $y_4=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_2)+v_2(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_3)$

(φ∈[φ₃，φ₄])；

(3)正向等减速阶段对应凸轮转角为[φ₄，φ₅]，φ₅＝66°，

速率参数方程为：

(φ∈[φ₄，φ₅])，

位移参数方程为： $y_5=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+2{\mathrm{\φ}}_4{v}_2),$

$+\frac{v_2}{2({\mathrm{\φ}}_4-{\mathrm{\φ}}_5)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_4)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_4-2{\mathrm{\φ}}_5)$ (φ∈[φ₄，φ₅])；

(4)反向等加速阶段对应凸轮转角为[φ₅，φ₆]，φ₆＝98.4°，

速率参数方程为：(φ∈[φ₅，φ₆])，v₃∈[0.05，0.08]mm/CA°，

位移参数方程为： $y_6=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2),$

(φ∈[φ₅，φ₆])；

(5)反向等速阶段对应凸轮转角为[φ₆，φ₇]，φ7＝297.8°，

速率参数方程为：V₇＝-v₃  (φ∈[φ₆，φ₇])，

位移参数方程为： $y_7=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3-{\mathrm{\φ}}_6{v}_3)$

(φ∈[φ₆，φ₇])；

(6)反向等减速阶段对应凸轮转角为[φ₇，φ₈]，

速率参数方程为：

(φ∈[φ₇，φ₈])，

位移参数方程为： $y_8=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_2{v}_1-{\mathrm{\φ}}_2{v}_2-{\mathrm{\φ}}_1{v}_1+{\mathrm{\φ}}_3{v}_1-{\mathrm{\φ}}_3{v}_2+{\mathrm{\φ}}_4{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_2+{\mathrm{\φ}}_5{v}_3-{\mathrm{\φ}}_6{v}_3$

$-2{\mathrm{\φ}}_7{v}_3)+\frac{v_3}{2({\mathrm{\φ}}_8-{\mathrm{\φ}}_7)}(\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_7)(\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_7-2{\mathrm{\φ}}_8)$

(φ∈[φ₇，φ₈])。

2.根据权利要求1所述的一种靴形型线凸轮，其特征是：所述的φ₁为27°、28°、29°。

3.根据权利要求1或2所述的一种靴形型线凸轮，其特征是：所述的v₁、v₂、v₃分别为0.2mm/CA°、0.35mm/CA°、0.65mm/CA°。

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