CN201723260U - 用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴 - Google Patents

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尹必峰
何建光
徐毅
王伟峰
黄晨春
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Abstract

本实用新型涉及一种用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，所述沿进气凸轮的工作旋转方向，在进气门开启凸轮一侧还具有进气门预开启凸轮，且进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2.0mm之间。通过进气门预开启凸轮，使曲轴具有一个进气门预开启曲轴转角，使部分废气进入进气道和进气管内，参与油气混合和燃烧，降低燃烧的速率与温度，以抑制氮氧化物NOx的生成，具有开发成本低，结构简单，废气再循环率较好的优点，能有效的降低柴油机的排放。

Description

用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴 
技术领域
本实用新型涉及一种用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，属于柴油机排放控制技术领域。 
背景技术
由于柴油机的燃烧特点，其排放污染主要问题为氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)。颗粒排放的降低，主要通过强化燃烧，降低机油耗来解决。而在控制NOx排放方面，国内外汽车厂商和研究机构在这方面已做了大量研究工作，并提出了多种控制措施，如推迟喷油提前角、使用多次喷射及后处理等措施。但是由于这些控制技术在降低NOx排放的同时，要么如推迟喷油提前角使发动机热效率降低，燃油消耗率增加，燃油经济性下降，要么提高制造成本，因此在降低NOx排放时受到限制。而废气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation)，简称EGR，在成本增加较少的情况下，可以有效抑制NOx的生成，故而受到了广泛重视。它被认为是柴油机达到欧III上排放标准不可缺少的一项重要技术。 
按照废气的循环方式，废气再循环主要分为内部废气再循环技术和外部废气再循环技术两种模式： 
1、内部废气再循环。如《内燃机学报》第23卷(2005)第5期石磊、邓康耀、崔毅、刘宇所著“不同EGR方法对柴油燃料HCCI燃烧影响的探讨”，通过排气门在排气行程上止点前关闭，能使部分废气残留在气缸内，当进气门开启后，与充入气缸内的新鲜空气混合，参与下一个循环的燃烧，这种结构虽然能达到结构简单的目的，且气流只在一个方向上流动，但废气再循环率不稳定，废气再循环率不是很高，特别是在低转速下，无法满足高废气再循环率的要求，而在全负荷时废气再循环率又过高，同样不能满足发动时实际工作时在满负荷情况下EGR稍低的需求。对于带涡轮增压的大功率发动机，会造成涡轮增压效率较低。 
2、外部废气再循环的废气来自排气管，废气经过冷却器和进气管重新进入气缸，通过调节排气背压和废气再循环阀可以调节进入气缸的废气再循环量。但外部废气再循环存着在结构复杂，制造成本高。 
发明内容
本实用新型的目的是提供了一种开发成本低，结构简单的，以形成内0部废气再循环，提高废气再循环率的用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴。
本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，其特征在于：所述沿进气凸轮的工作旋转方向，在进气门开启凸轮一侧还具有进气门预开启凸轮，且进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2.0mm之间。 
所述进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间。 
本实用新型通过凸轮轴上的进气凸轮进行改进，在原正常开启凸轮基础上，在其一侧还具有预开启凸轮，通过进气凸轮上的两个不同作用的凸轮，使配气机构在做功冲程和排气冲程中还能预开启进气门，使曲轴上具有一个进气门预开启曲轴转角，将部分废气进入进气道和进气管内，而这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，不仅结构简单，对原有柴油机改动很小，开发成本低，且由于排气压力在做功行程下止点时依然很高，使废气再循环率较好，虽然废气再循环率随负荷的增大而减小，使全负荷时废气再循环率稍低，因此整个过程均满足发动机工作时的实际需求。本实用新型在柴油机的各个工况下，均能对降低NOx排放的作用都很明显，又可以有效解决通过推迟喷油以降低NOx排放带来的燃油耗增加及冷起动难的问题，同时达到节能与环保的综合目的。 
附图说明
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的描述。 
图1是下置凸轮轴的顶置气门式配气机构图。 
图2是本实用新型进气凸轮的结构示意图。 
图3是本实用新型预进气凸轮升程对NOx及PM排放影响的曲线图。 
其中：1-凸轮轴，1-1-进气凸轮，1-11-进气门开启凸轮，1-12-进气门预开启凸轮，2-挺柱，3-推杆，4-摇臂轴，5-摇臂，6-气门弹簧座，7-气门弹簧，8-气门导管，9-进气门，10-进气门座。 
具体实施方式
见图1、2所示，本实用新型用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，当安装在常规柴油机下置凸轮轴的顶置气门式的配气机构时，各挺柱2与凸轮轴1上各自的进气凸轮1-1、排气凸轮对应，而推杆3分别与摇臂5和挺柱2对应，摇臂5铰接在摇臂轴4上，安装在气缸盖上的进气门9和 排气门分别与各自的进气门座9和排气门座对应，而套在气门导管8上的气门弹簧7分别顶在气门弹簧座6和气缸盖上，进气门9和排气门分别设置在各自的气门导管8内能轴向移动。在柴油机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴1旋转，由于凸轮轴1上配置与各气缸的进、排气凸轮，通过进气凸轮1-1和排气凸轮控制气门的运动并使其按一定的工作次序和时间关闭。见图1、2所示，当进气凸轮1-1转到进气门开启凸轮1-11时顶起挺柱2，通过推杆3使摇臂5绕摇臂轴4摆动，压缩气门弹簧7，使进气门9离开进气门座10，即进气门开启。而当进气凸轮1-1的进气门开启凸轮1-11离开挺柱2后，进气门9便在气门弹簧力7的作用下而落在进气门座10，即进气门关闭。见图2所示，本实用新型进气凸轮1-1上的进气凸轮基圆直径φ在30mm～35mm，为常规尺寸，而进气凸轮1-1上的进气门开启凸轮1-11具有正常的进气门凸轮升程h1，该进气门凸轮升程h1在5mm～8mm之间，通过该进气门开启凸轮1-11控制进气门9的开启，而凸轮轴1沿进气凸轮1-1的工作旋转方向，本实用新型在进气门开启凸轮1-11一侧还具有进气门预开启凸轮1-12，且进气门预开启凸轮1-12的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮1-11的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，该角度θ在95°～125°凸轮轴转角之间，且进气门预开启凸轮1-12的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮1-11的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ可选85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°或140°凸轮轴转角等，而进气门预开启凸轮1-12的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2mm之间，该预进气凸轮升程h2在0.8mm～1.5mm之间，预进气凸轮升程h2可控制在0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm等，且进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间，包角λ在50°～65°凸轮轴转角之间，如控制在43°、45°、50°、55°、60°、65°、70°等，而该进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在85°～150°曲轴转角之间，进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在100°～130°曲轴转角之间，如控制在86°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°等，本实用新型通过进气凸轮1-1上的两级凸轮线型，使柴油机在做功冲程和排气冲程中还能预开启进气门，使部分废气进入进气道和进气管内，与下一循环的新鲜空气一起进入气缸内，参与油气混合和燃烧。 
按GB 20891-2007：《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及 测量方法(中国I、II阶段)》，对用本实用新型制作的单缸柴油机进行检测，该单缸柴油机的排量0.996L，见图3是所示，八工况预进气凸轮升程对NOx及PM排放的影响，在柴油机的各个工况下，均能降低NOx排放。 

Claims (3)

1.一种用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，其特征在于：所述沿进气凸轮的工作旋转方向，在进气门开启凸轮一侧还具有进气门预开启凸轮，且进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2.0mm之间，进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间。
2.根据权利要求1所述的用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，其特征在于：所述进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的角度θ在95°～125°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.8mm～1.mm之间。
3.根据权利要求1所述的用于柴油机缸内废气再循环的凸轮轴，其特征在于：所述进气门预开启凸轮的包角λ在50°～65°凸轮轴转角之间。
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