CN115405395A - 一种基于米勒循环技术的凸轮轴及280柴油机 - Google Patents

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CN115405395A CN202211220037.6A CN202211220037A CN115405395A CN 115405395 A CN115405395 A CN 115405395A CN 202211220037 A CN202211220037 A CN 202211220037A CN 115405395 A CN115405395 A CN 115405395A
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Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体公开了一种基于米勒循环技术的凸轮轴及280柴油机，凸轮轴包括转轴、套装在转轴上若干组凸轮组件，凸轮组件包括进气凸轮、排气凸轮和供油凸轮，进气凸轮的凸轮型线包括进气基圆和与进气基圆连接的凸轮桃一，凸轮桃一包括进气升程段、进气平缓段、以及进气降程段；进气升程段的转角为0°～63°，最大升程为15.4mm；进气平缓段的转角为63°～77°最大升程为15.4mm；进气降程段的转角为77°～134°；当转角为134°时，其相对与进气基圆的升程为0。以及公开了基于该凸轮轴的280柴油机。本发明能够提前关闭进气门，从而有效的实现降低缸内燃烧温度，达到降低NOx排放目的。

Description

一种基于米勒循环技术的凸轮轴及280柴油机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，更具体地讲，涉及一种基于米勒循环技术的凸轮轴及280柴油机。
背景技术
凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合动作。凸轮轴的配气相位、气道、长行程和压缩比的设计对汽车发动机热效率以及燃油经济性的提高具有非常明显的优势，已成为各公司的关注技术焦点。气体的排放需要满足油耗和排放相关的法律法规要求。
现有技术中280柴油机排放的NOx排放污染物较高，凸轮轴依据配气相位进气门开301°、进气门关575°、排气门开125°、排气门关424°进行设计，即现有280柴油机进气门在下始点后35°关闭；其配气相位如图7所示；其不能满足相关排放标准的要求；给环境带来不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于米勒循环技术的凸轮轴及280柴油机；能够提前关闭进气门，从而有效的实现降低缸内燃烧温度，达到降低NOx排放目的。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一方面：
一种基于米勒循环技术的凸轮轴，包括转轴、套装在转轴上若干组凸轮组件，所述凸轮组件包括进气凸轮、排气凸轮和供油凸轮，其特征在于，所述进气凸轮的凸轮型线包括进气基圆和与进气基圆连接的凸轮桃一，所述凸轮桃一包括依次连接的进气升程段、进气平缓段、以及进气降程段；
所述进气升程段的转角为0°～63°，其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm；
所述进气平缓段的转角为63°～77°其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm；
所述进气降程段的转角为77°～134°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为134°时，其相对与进气基圆的升程为0；
所述进气基圆的转角为134°～360°，升程为0。
在一些可能的实施方式中，所述进气升程段包括过渡段一和主进气升程段，所述过渡段一位于主进气升程段与进气基圆的端部之间；
所述过渡段一的转角为0°-8°，其相对与进气基圆的最大升程为0.346mm；所述主进气升程段的转角为8°-63°，其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm。
在一些可能的实施方式中，所述进气降程段包括主进气降程段和过渡段二，所述主进气降程段位于过渡段二与进气平缓段之间；
所述主进气降程段的转角为77°～127°，其相对与进气基圆的升程由15.7mm降低到0.175mm；
所述过渡段二的转角为127°～134°，其相对与进气基圆的升程由0.175mm降低到0mm。
在一些可能的实施方式中，所述排气凸轮的凸轮型线包括进气基圆和与进气基圆连接的凸轮桃二，所述凸轮桃二包括依次连接的排气升程段、排气平缓段、以及排气降程段；
所述排气升程段的转角为0°～65°，其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm；
所述排气平缓段的转角为65°～89°其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm；
所述排气降程段的转角为89°～166°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为166°时，其相对与排气基圆的升程为0；
所述排气基圆的转角为166°～360°，升程为0。
在一些可能的实施方式中，所述排气升程段包括过渡段三和主排气升程段，所述过渡段三位于主排气升程段与排气基圆的端部之间；
所述过渡段三的转角为0°-8°，其相对与排气基圆的最大升程为0.346mm；所述主排气升程段的转角为8°-65°，其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm。
所述排气降程段包括主排气降程段和过渡段四，所述主排气降程段位于过渡段四与排气平缓段之间；
所述主排气降程段的转角为89°～156°，其相对与排气基圆的升程由15.4mm降低到0.461mm；
所述过渡段四的转角为156°～166°，其相对与进气基圆的升程由0.354mm降低到0mm。
在一些可能的实施方式中，所述进气基圆的半径为52mm。
在一些可能的实施方式中，所述凸轮组件为两组，包括凸轮组件一和凸轮组件二；所述凸轮组件一包括供油凸轮一、排气凸轮一以及进气凸轮一；
所述凸轮组件二包括供油凸轮二、排气凸轮二以及进气凸轮二。
在一些可能的实施方式中，以排气凸轮二的中心线为基准线，所述供油凸轮二的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为248°2′；
所述进气凸轮二的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为78°。
在一些可能的实施方式中，以排气凸轮二的中心线为基准线，所述供油凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为128°2′；
所述排气凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为240°；
所述进气凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为318°。
另一方面，
一种基于米勒循环技术的280柴油机，其特征在于，包括以上所述的凸轮轴。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过对于进气凸轮的凸轮型线和排气凸轮的凸轮型线的改进，相比现有技术280柴油机，能够使得进气门提前39°关闭，且将排气门关闭由下始点后关闭调整到下始点前关闭,进气门在缸内燃气膨胀过程中关闭实现降低缸内燃烧温度，涡轮进口排气温度也会有所升高，进而使得NOx排放污染物会明显下降，达到降低排放目的；
附图说明
图1为本发明中进气凸轮的结构示意图；
图2为本发明中进气基圆、过渡段一、主进气升程段、主进气降程段、过渡段二的结构示意图；
图3为本发明中排气凸轮的结构示意图；
图4本发明中排气基圆、过渡段三、主排气升程段、主排气降程段、过渡段四的结构示意图；
图5为本发明中凸轮轴的结构示意图；
图6为图5中E-E、F-F、G-G、H-H、K-K、L-L的剖面结构示意图；
图7为现有技术中280柴油机的配气相位图；
图8为本发明中280柴油机的配气相位图；
其中：1、进气升程段；11、过渡段一；12、主进气升程段；2、进气平缓段；3、进气降程段；31、过渡段二；32、主进气降程段；4、进气基圆；5、排气升程段；51、过渡段三；52、主排气升程段；6、排气平缓段；7、排气降程段；71、过渡段三；72、主排气降程段；8、排气基圆；10、进气凸轮一；20、排气凸轮一；30、供油凸轮一；40、进气凸轮二；50、排气凸轮二；60、供油凸轮二；100、转轴。
具体实施方式
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。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。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。
下面对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1-图4所示，
本发明公开了一种基于米勒循环技术的凸轮轴，所述进气凸轮的凸轮型线包括进气基圆4和与进气基圆4连接的凸轮桃一，所述凸轮桃一包括依次连接的进气升程段1、进气平缓段2、以及进气降程段3；
所述进气升程段1的转角为0°～63°，其相对与进气基圆4的最大升程为15.4mm；
所述进气平缓段2的转角为63°～77°其相对与进气基圆4的最大升程为15.4mm；
所述进气降程段3的转角为77°～134°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为134°时，其相对与进气基圆4的升程为0；
所述进气基圆4的转角为134°～360°，升程为0。
在一些可能的实施方式中，
所述进气升程段1包括过渡段一11和主进气升程段12，所述过渡段一11位于主进气升程段12与进气基圆4的端部之间；
所述过渡段一11的转角为0°-8°，其相对与进气基圆4的最大升程为0.346mm；所述主进气升程段12的转角为8°-63°，其相对与进气基圆4的最大升程为15.4mm。
在一些可能的实施方式中，
所述进气降程段3包括主进气降程段32和过渡段二31，所述主进气降程段32位于过渡段二31与进气平缓段2之间；
所述主进气降程段32的转角为77°～127°，其相对与进气基圆4的升程由15.7mm降低到0.175mm；
所述过渡段二31的转角为127°～134°，其相对与进气基圆4的升程由0.175mm降低到0mm。
在一些可能的实施方式中，
所述排气凸轮的凸轮型线包括进气基圆4和与进气基圆4连接的凸轮桃二，所述凸轮桃二包括依次连接的排气升程段5、排气平缓段6、以及排气降程段7；
所述排气升程段5的转角为0°～65°，其相对与排气基圆8的最大升程为15.4mm；
所述排气平缓段6的转角为65°～89°其相对与排气基圆8的最大升程为15.4mm；
所述排气降程段7的转角为89°～166°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为166°时，其相对与排气基圆8的升程为0；
所述排气基圆8的转角为166°～360°，升程为0。
在一些可能的实施方式中，
所述排气升程段5包括过渡段三7151和主排气升程段52，所述过渡段三7151位于主排气升程段52与排气基圆8的端部之间；
所述过渡段三7151的转角为0°-8°，其相对与排气基圆8的最大升程为0.346mm；所述主排气升程段52的转角为8°-65°，其相对与排气基圆8的最大升程为15.4mm。
所述排气降程段7包括主排气降程段72和过渡段四，所述主排气降程段72位于过渡段四与排气平缓段6之间；
所述主排气降程段72的转角为89°～157°，其相对与排气基圆8的升程由15.4mm降低到0.354mm；
所述过渡段四的转角为157°～166°，其相对与进气基圆4的升程由0.354mm降低到0mm。
在一些可能的实施方式中，所述进气基圆4的半径为52mm。
本实施例中，进气凸轮的凸轮型线的凸轮转角角度与升程对于关系如表1所示：
Figure BDA0003877332670000081
Figure BDA0003877332670000091
Figure BDA0003877332670000101
表1
本发明进气凸轮的凸轮型线中进气升程段1所对应的凸轮夹角为60°，如图2所示，沿顺时针方向旋转，当凸轮由从0°旋转至8°时，即由升程开始点A-旋转到进气门开启点B，进气门处于关闭状态，其凸轮升程为0.346mm，气门升程为0.4mm，气门处于即将开启状态；当凸轮由8°旋转至63°时，进气门处于开启状态，其中当凸轮轴旋转到63°时，凸轮升程处于最大值15.4mm，进气门升程处于最大值21.3mm。
本发明进气凸轮的凸轮型线中进气平缓段2所对应的凸轮夹角14°；当凸轮在63°～77°范围旋转时，凸轮升程处于最大值15.4mm，进气门升程处于最大值21.3mm。
本发明进气凸轮的凸轮型线中下降段所对应凸轮夹角57°；当凸轮由77°旋转到134°时，凸轮升程处于逐渐减小状态，凸轮升程由15.4mm逐渐减少到0；其中当凸轮旋转到127°时，即达到进气门关闭点C，气门关闭，凸轮升程减小至0.175mm；当凸轮旋转到134°时，到达凸轮关闭点D，凸轮升程为0。
本发明中进气基圆4的凸轮夹角226°；当凸轮旋转在134°～360°范围内时，凸轮升程为0。
优选的，本实施例中排气凸轮的凸轮型线的凸轮转角角度与升程对于关系如表2所示：
Figure BDA0003877332670000111
Figure BDA0003877332670000121
表2
本发明中排气凸轮的凸轮型线中升程段的凸轮夹角为63°，当排气凸轮由0°旋转至8°时，即从E点向F点旋转，排气门由关闭状态向开启状态转变；当凸轮轴旋转到8°时，即如图4所示旋转至F点时，凸轮升程为0.346mm，气门升程为0.4mm，气门处于即将开启状态；当凸轮由8°旋转至63°时，气门处于一直开启状态；当凸轮轴旋转到65°时，凸轮升程处于最大值15.4mm，气门升程处于最大值21.3mm；
本发明中排气凸轮的凸轮型线中平缓段的凸轮夹角24°，当凸轮在63°～89°范围旋转时内，凸轮升程处于最大值15.4mm，气门升程处于最大值21.3mm。
本发明中排气凸轮的凸轮型线中下降段的凸轮夹角77°，当凸轮由到89°旋转至166°时，凸轮升程处于逐渐减小状态，凸轮升程由15.4mm逐渐降低到0；其中，当凸轮旋转到157°时，即旋转至图6所示的G点时，气门关闭，凸轮升程减小至0.354mm；当凸轮旋转到166°时，凸轮升程为0。
本发明中排气凸轮中排气基圆8的凸轮夹角194°，当凸轮旋转至166°～360°范围内时，凸轮升程为0。
在一些可能的实施方式中，所述凸轮组件为两组，包括凸轮组件一和凸轮组件二；所述凸轮组件一包括供油凸轮一30、排气凸轮一20以及进气凸轮一10；
所述凸轮组件为两组，包括沿转轴100轴向设置且套装在转轴100上的凸轮组件一和凸轮组件二；所述凸轮组件一和凸轮组件二的结构相同，凸轮组件一包括供油凸轮一30、排气凸轮一20以及与以上所述进气凸轮结构相同的进气凸轮一10；
所述凸轮组件二包括供油凸轮二60、排气凸轮二50以及与以上所述进气凸轮结构相同的进气凸轮二40。
优选的，转轴100的外径为84mm；
优选的，进气凸轮一10、进气凸轮二40与进气凸轮的结构相同；排气凸轮一20、排气凸轮二50与排气凸轮的机构相同。
在一些可能的实施方式中，
以排气凸轮二50的中心线为基准线，所述供油凸轮二60的中心线与排气凸轮二50的中心线所形成的角度为248°2′；
所述进气凸轮二40的中心线与排气凸轮二50的中心线所形成的角度为78°。
在一些可能的实施方式中，
以排气凸轮二50的中心线为基准线，所述供油凸轮一30的中心线与排气凸轮二50的中心线所形成的角度为128°2′；
所述排气凸轮一20的中心线与排气凸轮二50的中心线所形成的角度为240°；
所述进气凸轮一10的中心线与排气凸轮二50的中心线所形成的角度为318°。
优选的，排气凸轮一20、排气凸轮二50的凸轮型线结构相同；
本发明中供油凸轮一30与供油图轮二的凸轮型线结构相同与现有280柴油机中供油凸轮的结构相同，其凸轮型线的凸轮转角角度与升程对于关系如表3所示：
Figure BDA0003877332670000141
Figure BDA0003877332670000151
Figure BDA0003877332670000161
表3
如图8所示，通过对于进气凸轮的凸轮型线和排气凸轮的凸轮型线的改进，相比现有280柴油机，进气门提前39°关闭，即进气门在下始点前4°关闭，并将排气门关闭由下始点后关闭调整到下始点前关闭,进气门在缸内燃气膨胀过程中关闭实现降低缸内燃烧温度，从而到达降低排放目的。
通过排放摸底测试，采用本发明基于米勒循环技术的进气凸轮能实现280柴油机NOx排放污染物会明显下降，NOx排放污染物最高值下降达30％以上；进气凸轮开启角度由163°缩小到133°～128°，即进气门开启时间比现有技术中的280柴油机开启时间少18.4％～21.5％，保证凸轮轴在正常工作状态下尽量减小时面值损失。
实施例2：
如图1-图8所示：
一种基于米勒循环技术的280柴油机，包括以上所述的凸轮轴、与凸轮轴配合使用的两个缸体；在本实施例中，凸轮组件中进气凸轮一10、排气凸轮一20、供油凸轮一30、进气凸轮二40、排气凸轮二50及供油凸轮二60根据缸体的位置进行组装即可；这里不对其相对位置关系进行限定。本实施例采用实施例2中的凸轮轴及高压比增压器的匹配运用，能实现280柴油机的排放提升。
本实施例中进气凸轮一10、排气凸轮一20、供油凸轮一30、进气凸轮二40、排气凸轮二50及供油凸轮二60与上述实施例中的结构相同，这里不再赘述。
如图7所示，现有技术280柴油机凸轮轴由于未采用米勒循环技术，凸轮轴依据配气相位进气门开301°、进气门关575°、排气门开125°、排气门关424°进行设计，即现有280柴油机进气门在下始点后35°关闭；
如图8所示，280柴油机凸轮轴的配气相位依据进气门开301°、进气门关536°、排气门开125°、排气门关424°进行设计，即米勒循环280柴油机进气门在下始点前4°关闭。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于米勒循环技术的凸轮轴，包括转轴、套装在转轴上若干组凸轮组件，所述凸轮组件包括进气凸轮、排气凸轮和供油凸轮，其特征在于，所述进气凸轮的凸轮型线包括进气基圆和与进气基圆连接的凸轮桃一，所述凸轮桃一包括依次连接的进气升程段、进气平缓段、以及进气降程段；
所述进气升程段的转角为0°～63°，其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm；
所述进气平缓段的转角为63°～77°其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm；
所述进气降程段的转角为77°～134°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为134°时，其相对与进气基圆的升程为0；
所述进气基圆的转角为134°～360°，升程为0。
2.根据权利要求1所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，所述进气升程段包括过渡段一和主进气升程段，所述过渡段一位于主进气升程段与进气基圆的端部之间；
所述过渡段一的转角为0°-8°，其相对与进气基圆的最大升程为0.346mm；所述主进气升程段的转角为8°-63°，其相对与进气基圆的最大升程为15.4mm。
3.根据权利要求2所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，所述进气降程段包括主进气降程段和过渡段二，所述主进气降程段位于过渡段二与进气平缓段之间；
所述主进气降程段的转角为77°～127°，其相对与进气基圆的升程由15.7mm降低到0.175mm；
所述过渡段二的转角为127°～134°，其相对与进气基圆的升程由0.175mm降低到0mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，
所述排气凸轮的凸轮型线包括进气基圆和与进气基圆连接的凸轮桃二，所述凸轮桃二包括依次连接的排气升程段、排气平缓段、以及排气降程段；
所述排气升程段的转角为0°～65°，其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm；
所述排气平缓段的转角为65°～89°其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm；
所述排气降程段的转角为89°～166°，其升程处于逐渐减小状态；当转角为166°时，其相对与排气基圆的升程为0；
所述排气基圆的转角为166°～360°，升程为0。
5.根据权利要求4所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，
所述排气升程段包括过渡段三和主排气升程段，所述过渡段三位于主排气升程段与排气基圆的端部之间；
所述过渡段三的转角为0°-8°，其相对与排气基圆的最大升程为0.346mm；所述主排气升程段的转角为8°-65°，其相对与排气基圆的最大升程为15.4mm；
所述排气降程段包括主排气降程段和过渡段四，所述主排气降程段位于过渡段四与排气平缓段之间；
所述主排气降程段的转角为89°～157°，其相对与排气基圆的升程由15.4mm降低到0.354mm；
所述过渡段四的转角为157°～166°，其相对与进气基圆的升程由0.354mm降低到0mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，所述进气基圆的半径为52mm。
7.根据权利要求6所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，所述凸轮组件为两组，包括凸轮组件一和凸轮组件二；所述凸轮组件一包括供油凸轮一、排气凸轮一以及进气凸轮一；
所述凸轮组件二包括供油凸轮二、排气凸轮二以及进气凸轮二。
8.根据权利要求7所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，以排气凸轮二的中心线为基准线，所述供油凸轮二的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为248°2′；
所述进气凸轮二的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为78°。
9.根据权利要求8所述的一种基于米勒循环技术的凸轮轴，其特征在于，以排气凸轮二的中心线为基准线，所述供油凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为128°2′；
所述排气凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为240°；
所述进气凸轮一的中心线与排气凸轮二的中心线所形成的角度为318°。
10.一种基于米勒循环技术的280柴油机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的凸轮轴。
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