CN110593981A - 进气凸轮和具有它的发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种进气凸轮和具有它的发动机。该进气凸轮的凸轮型线包括：基圆和凸轮桃部，且基圆的两个端点分别与凸轮桃部的两个端点重合，凸轮桃部的两个端点分别是开启端点和关闭端点，凸轮桃部包括缓冲开启段、工作段、缓冲关闭段，缓冲开启段与开启端点相连，缓冲关闭段与关闭端点相连，工作段位于缓冲开启段、缓冲关闭段之间，缓冲开启段、缓冲关闭段均为直线段，工作段包括负曲率段。根据本发明的进气凸轮，对凸轮型线进行了合理的优化设计，进气凸轮控制进气门的开启和关闭，优化后的凸轮型线可以控制进气门充分利用进气惯性提高充气效率，从而实现发动机具有高升功率、低油耗的优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体而言，涉及一种进气凸轮和具有它的发动机。
背景技术
现有的小排量发动机上使用的凸轮型线没有进行合理的优化设计，不良的凸轮型线设计会导致发动机充气效率低，功率、扭矩下降、零部件润滑不良，进气凸轮异常磨损，甚至会导致配气机构出现飞脱和气门反跳现象，进而导致发动机升功率低、油耗高、性能不佳。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种进气凸轮，对凸轮型线进行了合理的优化设计，提升了发动机的性能。
本发明还提出了一种具有上述进气凸轮的发动机。
根据本发明实施例的进气凸轮的凸轮型线包括：基圆和凸轮桃部，且所述基圆的两个端点分别与所述凸轮桃部的两个端点重合，所述凸轮桃部的两个端点分别是开启端点和关闭端点，所述凸轮桃部包括缓冲开启段、工作段、缓冲关闭段，所述缓冲开启段与所述开启端点相连，所述缓冲关闭段与所述关闭端点相连，所述工作段位于所述缓冲开启段、所述缓冲关闭段之间，所述缓冲开启段、所述缓冲关闭段均为直线段，所述工作段包括负曲率段。
根据本发明实施例的进气凸轮，对凸轮型线进行了合理的优化设计，进气凸轮控制进气门的开启和关闭，优化后的凸轮型线可以控制进气门充分利用进气惯性提高充气效率，从而实现发动机具有高升功率、低油耗的优点，可以大大改善发动机的动力性、经济性、排放及可靠性。
根据本发明的一些实施例，所述工作段包括：工作开启段、工作关闭段，所述工作开启段与所述缓冲开启段相连，所述工作关闭段与所述缓冲关闭段相连，所述工作开启段的包角为48°～54°，所述工作关闭段的包角为48°～54°。
进一步地，所述工作开启段、所述工作关闭段的连接处为气门最大升程点，凸轮最大升程为3mm～4mm。
根据本发明的一些实施例，所述基圆的半径为15mm～16mm。
根据本发明的一些实施例，所述缓冲开启段的包角为12°～18°，所述缓冲开启段的升程为0.1mm～0.2mm；所述缓冲关闭段的包角为13°～19°，所述缓冲关闭段的升程为0.1mm～0.2mm。
根据本发明的一些实施例，所述凸轮型线的最大正加速度为5mm/s2～6mm/s2，且正加速度宽度范围为8°～15°。
根据本发明的一些实施例，所述凸轮型线的最大负加速度为2mm/s2～2.5mm/s2，且负加速度宽度范围为80°～95°。
根据本发明的一些实施例，所述凸轮型线的最大缓冲加速度为1.5mm/s2～3mm/s2。
进一步地，所述负曲率段位于所述工作开启段和/或所述工作关闭段上，且所述负曲率段的负曲率半径大于200mm。
根据本发明另一方面实施例的种发动机，包括上述的进气凸轮。
所述发动机与上述的进气凸轮相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是进气凸轮的示意图；
图2是进气凸轮的的另一个示意图；
图3是曲轴转角与气门升程曲线图；
图4是曲轴转角与气门速度曲线图；
图5是曲轴转角与气门加速度曲线图；
图6是进气凸轮曲率半径曲线图；
图7是进气凸轮-滚子压力曲线图。
附图标记：
基圆1、凸轮桃部2、缓冲开启段3、工作开启段4、工作关闭段5、缓冲关闭段6、负曲率段7、圆弧段8。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图7详细描述根据本发明实施例的进气凸轮。
参照图1和图2所示，进气凸轮的凸轮型线包括：基圆1和凸轮桃部2，基圆1圆心与凸轮桃部2中心重合，重合点为O点，且基圆1的两个端点分别与凸轮桃部2的两个端点重合，凸轮桃部2的两个端点分别是开启端点a和关闭端点b，凸轮桃部2包括缓冲开启段3、工作段、缓冲关闭段6，缓冲开启段3与开启端点a相连，缓冲关闭段6与关闭端点b相连，工作段位于缓冲开启段3、缓冲关闭段6之间，缓冲开启段3、缓冲关闭段6均为直线段，工作段包括负曲率段7，工作段还包括圆弧段8，负曲率段7位于圆弧段8和直线段之间。
具体地，由于缓冲开启段3的升程较小，不易于实现负曲率段7的功能，负曲率段7设置在工作段，可以保证进气门开启时，流通界面迅速增大，空气可以快速进入燃烧室，绷起损失小，经济性高。
根据本发明的进气凸轮，对凸轮型线进行了合理的优化设计，进气凸轮控制进气门的开启和关闭，优化后的凸轮型线可以控制进气门充分利用进气惯性提高充气效率，从而实现发动机具有高升功率、低油耗的优点，可以大大改善发动机的动力性、经济性、排放及可靠性。
参照图1所示，工作段包括：工作开启段4、工作关闭段5，工作开启段4与缓冲开启段3相连，工作关闭段5与缓冲关闭段6相连，工作开启段4的包角θ1为48°～54°，优选51°，工作关闭段5的包角θ2为48°～54°，优选51°。
参照图1所示，工作开启段4、工作关闭段5的连接处为气门最大升程点c，凸轮最大升程为3mm～4mm，优选3.4774mm，凸轮升程为基圆圆心O与凸轮型线上点的距离减去基圆半径的长度，凸轮最大升程为c点与O点的距离减去基圆半径的长度，凸轮最大升程3.4774mm有利于充分利用进气惯性、提高充气效率。
参照图1所示，基圆1的半径为15mm～16mm，优选15.55mm，基圆1半径选在15～16mm范围时，进气凸轮的磨损量小于50um，从而有利于减少进气凸轮的磨损，提高进气凸轮的使用寿命。
参照图1所示，缓冲开启段3的包角θ3为12°～18°，优选15°，缓冲开启段3的升程为0.1mm～0.2mm，优选0.1mm；缓冲关闭段6的包角θ4为13°～19°，优选15°，缓冲关闭段6的升程为0.1mm～0.2mm，优选0.16mm。
在本发明的一些实施例中，凸轮型线的最大正加速度为5mm/s2～6mm/s2，优选6mm/s2或5.2mm/s2，且正加速度宽度范围为8°～15°，优选10°。
参照图1所示，凸轮型线的最大负加速度为2mm/s2～2.5mm/s2，优选2.25mm/s2，且负加速度宽度范围为80°～95°，优选90°。
参照图1所示，凸轮型线的最大缓冲加速度为1.5mm/s2～3mm/s2，优选2.5mm/s2或2.3mm/s2。
参照图1和图2所示，负曲率段7位于工作开启段4和/或工作关闭段5上，可以保证进气门开启时，流通界面迅速增大，空气可以快速进入燃烧室，绷起损失小，经济性高，且负曲率段7的负曲率半径大于200mm，优选202.5mm，以实现加工负曲率段7时，砂轮与进气凸轮呈面接触状态，从而有利于进气凸轮磨削方便，减少加工成本、提高加工精度。
在图2所示的实施例中，负曲率段7位于工作开启段4和工作关闭段5上。在一些未示出的实施例中，负曲率段7也可以仅位于工作开启段4上，或者仅位于工作关闭段5上。
根据本发明另一方面实施例的发动机，包括上述实施例的进气凸轮，经过试验验证，该进气凸轮安装在1.3L增压直喷发动机上，可以使发动机在中低速(例如1500rpm-4500rpm范围内)扭矩达到230N*m，同时在高速6000rpm时仍然达到额定功率125kW的实际目标，也就是说，最大扭矩在1500rpm-4500rpm之间，可以保证爬坡能力，而最大功率一般在最高转速，可以保证汽车的动力。该进气凸轮可以确保1.3L增压直喷发动机在高速时实现大功率，同时在低速时实现大扭矩，保证凸轮工作无异常。
在本发明的一些实施例中，通过仿真模拟，曲轴转角与气门升程曲线图如图3所示，曲轴转角与气门速度曲线图如图4所示，曲轴转角与气门加速度曲线图如图5所示，进气凸轮曲率半径曲线图如图6所示，进气凸轮-滚子压力曲线图如图7所示，由图3-图7所示，本发明的凸轮型线的设计保证获得尽可能大的时面值和丰满系数，以提高充气效率，还保证了加速度曲线连续、无突变，可以避免进气凸轮在使用过程中出现异常磨损，配气机构异常等问题。
在本发明的一些实施例中，凸轮型线开启侧升程表如表1所示，凸轮型线关闭侧升程表如表2所示：
表1：凸轮型线开启侧升程表
表2：凸轮型线关闭侧升程表
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种进气凸轮，其特征在于，所述进气凸轮的凸轮型线包括：基圆和凸轮桃部，且所述基圆的两个端点分别与所述凸轮桃部的两个端点重合，所述凸轮桃部的两个端点分别是开启端点和关闭端点，所述凸轮桃部包括缓冲开启段、工作段、缓冲关闭段，所述缓冲开启段与所述开启端点相连，所述缓冲关闭段与所述关闭端点相连，所述工作段位于所述缓冲开启段、所述缓冲关闭段之间，所述缓冲开启段、所述缓冲关闭段均为直线段，所述工作段包括负曲率段。
2.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述工作段包括：工作开启段、工作关闭段，所述工作开启段与所述缓冲开启段相连，所述工作关闭段与所述缓冲关闭段相连，所述工作开启段的包角为48°～54°，所述工作关闭段的包角为48°～54°。
3.根据权利要求2所述的进气凸轮，其特征在于，所述工作开启段、所述工作关闭段的连接处为气门最大升程点，凸轮最大升程为3mm～4mm。
4.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述基圆的半径为15mm～16mm。
5.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述缓冲开启段的包角为12°～18°，所述缓冲开启段的升程为0.1mm～0.2mm；所述缓冲关闭段的包角为13°～19°，所述缓冲关闭段的升程为0.1mm～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述凸轮型线的最大正加速度为5mm/s2～6mm/s2，且正加速度宽度范围为8°～15°。
7.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述凸轮型线的最大负加速度为2mm/s2～2.5mm/s2，且负加速度宽度范围为80°～95°。
8.根据权利要求1所述的进气凸轮，其特征在于，所述凸轮型线的最大缓冲加速度为1.5mm/s2～3mm/s2。
9.根据权利要求2所述的进气凸轮，其特征在于，所述负曲率段位于所述工作开启段和/或所述工作关闭段上，且所述负曲率段的负曲率半径大于200mm。
10.一种发动机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的进气凸轮。
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