CN202810988U

CN202810988U - 一种连续可变配气定时机构

Info

Publication number: CN202810988U
Application number: CN201220450294.4U
Authority: CN
Inventors: 吴鹏; 王银燕; 冯永明; 张鹏奇; 王贺春; 杨传雷
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-09-05

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种连续可变配气定时机构，包括可变凸轮轴、可变进气凸轮、排气凸轮、可变凸轮控制杆、液压执行机构，可变进气凸轮和排气凸轮均安装在可变凸轮轴上，可变凸轮轴上设置螺旋花键齿，可变进气凸轮上设置与螺旋花键齿相配合的螺旋花键槽，可变进气凸轮连接可变进气凸轮控制槽并与其一体，可变凸轮控制杆连接液压执行机构，可变凸轮控制杆上安装可变凸轮控制杆拔叉，可变凸轮控制杆拔叉安装在可变进气凸轮控制槽里。本实用新型可以在发动机在不同工况下工作时，根据工况的变化来改变进气阀的配气相位，从而降低发动机的NOx的排放。

Description

一种连续可变配气定时机构

技术领域

本实用新型涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的配气机构。

背景技术

随着内燃机排放法规的日益严谨，各个柴油机厂商都不断的研发各种技术来降低柴油机的排放，尤其是降低NOx的排放，目前通过改变进气相位可变技术来降低NOx被认为是未来的发展趋势。这种方法也称作米勒循环，有如下特点：

1）只改变进气门开闭时刻，从而改变实际压缩比，而排气定时不变，及膨胀比不变。大负荷时膨胀比大于压缩比。

2）进气门定时变化使开、闭时间共同提前或延后，相应气门重叠角也发生变化。高负荷时，进气门提前开、提前关，重叠角增大，有利于扫气，并降低热负荷；低负荷，进气门延后关，重叠角减小。

3）起动及低负荷时，采用高压缩比，改善了部分负荷性能；高负荷时，采用低压缩比，限制了最高爆发压力的过分增大，以确保发动机的可靠性。

4）米勒系统中，增压空气在涡轮增压器后冷却一次，故米勒系统就是低温循环增压系统。在下止点时同样的缸内增压压力，具有较低的温度，充量增多，过量充气系数大，压缩开始时缸内温度低，从而减小了热负荷。

5）米勒系统有较低的缸内温度，NOx的排放较少。

6）米勒系统与其他增压系统比较，达到同样的平均有效压力时需要有较高的压缩比；在高增压时，往往需要采用二级增压系统。

在研究米勒循环时，研究人员都是先进行仿真计算，在此过程中可以随意改变配气定时，但是，在柴油机实际工作过程中，要想时时刻刻改变配气定时是比较困难的，主要存在的问题是配气机构，大型船用柴油机的配气系统，是由一根配气凸轮轴来驱动液压挺柱，再驱动顶杆，顶杆来推动摇臂和进排气阀实现气阀的开启。对于车用汽油机来说，汽车发动机的配气机构是顶置凸轮轴，有的是单顶置式（SOHC），有的是双顶置式（DOHC），由单个的凸轮轴来驱动进气阀或者排气阀，于是可以单独改变某一根凸轮轴来改变配气相位，根据发动机的工况实现配气相位连续可变。在汽车领域已有多个品牌有自己的可变配气定时技术，如丰田公司的VVT、本田公司的i-VTEC、日产公司的CVVT、三菱公司的MIVEC、BMW公司的Double Vanos系统等。

Wartsila公司在Wartsila20中速柴油机上采用了米勒循环结合二级可调涡轮增压的方案来降低NOx排放。排放可通过Miller循环冷却燃烧过程来有效地降低，但是高度Miller循环(进气门提前关闭)需要高增压压力，对此，有效的措施之一就是采用二级增压系统，可使增压压力达到10bar。发动机效率的提高是采用高效二级增压系统以及通过Miller循环使发动机压缩和膨胀冲程之间实现更佳的比例划分的结果。

MAN公司在6L32/44CR柴油机上进行了单级增压系统改为两级可调增压系统的试验研究，其中高压级涡轮采用的是可变几何涡轮，低压级涡轮为不可调涡轮。试验发现，改为两级增压系统后，增压压力由原来的4.0bar增加到了约6.5bar，单缸功率可由原先的560kW提高到640kW，通过采用了Miller循环，最高爆发压力仅增加了6%。高压级涡轮的喷嘴面积在负荷大于55%额定功率时变大，在负荷大于40%时采用Miller循环。

目前，大型船用V型柴油机由一根凸轮轴驱动两列缸的进排气阀，因此，就不能通过单独改变凸轮轴的相位来改变配气定时。

发明内容

本实用新型的目的在于提供可以根据工况的变化来改变进气阀的配气相位从而降低发动机的NOx的排放的一种连续可变配气定时机构。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种连续可变配气定时机构，其特征是：包括可变凸轮轴、可变进气凸轮、排气凸轮、可变凸轮控制杆、液压执行机构，可变进气凸轮和排气凸轮均安装在可变凸轮轴上，可变凸轮轴上设置螺旋花键齿，可变进气凸轮上设置与螺旋花键齿相配合的螺旋花键槽，可变进气凸轮连接可变进气凸轮控制槽并与其一体，可变凸轮控制杆连接液压执行机构，可变凸轮控制杆上安装可变凸轮控制杆拔叉，可变凸轮控制杆拔叉安装在可变进气凸轮控制槽里。

本实用新型还可以包括：

1、所述的液压执行机构包括液压油油箱、液压油泵、电磁控制阀、液压缸、进油管、回油管，液压油油箱连接液压油泵，液压油泵通过进油管连通电磁控制阀，液压油油箱通过回油管连通电磁控制阀，液压缸设置进油口和出油口，电磁控制阀连通进油口和出油口，液压缸里设置活塞，活塞位于进油口和出油口之间，活塞连接可变凸轮控制杆，通过控制电磁控制阀的开关控制液压油的流动方向从而推动活塞移动。

2、所述的可变进气凸轮、排气凸轮各有两个，两个排气凸轮位于两个可变进气凸轮之间，可变凸轮轴上设置挡块从而限定可变进气凸轮控制槽的最大位移。

3、还包括可变凸轮控制杆位置传感器，可变凸轮控制杆位置传感器安装在液压缸上。

本实用新型的优势在于：本实用新型可以在发动机在不同工况下工作时，根据工况的变化来改变进气阀的配气相位，从而降低发动机的NOx的排放。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2a为本实用新型凸轮部分结构示意图，图2b为本实用新型凸轮轴和排气凸轮示意图，图2c为本实用新型进气凸轮和控制槽示意图；

图3为本实用新型的液压机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～3，多数大型船用柴油机的配气机构是通过凸轮轴来驱动的，凸轮轴是气阀驱动机构的主动件，凸轮表面承受着周期性的冲击载荷，因此凸轮表面应耐磨和耐疲劳。因此设计时要求凸轮轴本身有足够的感性和韧性，以承受冲击交变载荷和受力后变形小。为了使制作工艺简单，使用组合式凸轮轴，分段制造，最后组装成一根凸轮轴。图1中，可变凸轮轴1通过螺旋花键来连接进气凸轮2，通过移动可变凸轮控制杆3使可变进气凸轮移动，排气凸轮4用直花键齿过盈配合连接，这样可以根据不同气缸的需要来改变凸轮的固定相位，更有利于凸轮轴的组装。

根据柴油机的原始进气凸轮的相位和通过实验得到的最大可变相位，计算得到最大的相位转角

根据实际的空间位置来确定可变进气凸轮的最大移动位移S_max，然后再根据最大可变相位来确定螺旋花键的螺距L，如下公式：

式中，

——为进气凸轮最大相位转角，单位为°；

θ_max——为柴油机进气配气定时最大改变角，单位为°CA；

S_max——为进气可变凸轮最大移动位移，单位为mm；

L——为螺旋花键齿的螺距，单位为mm。

参见图2，本实用新型所设计的凸轮轴1上有螺旋花键齿，进气凸轮2也有螺旋花键槽，两者相互匹配，进气凸轮2可以在凸轮轴1上轴向移动，为了使加工工艺简单，采用分段式凸轮轴，每个气缸是一组，最后在组装在一起。

通过柴油机转速传感器5和喷油泵齿条位置传感器6采集柴油机的信号，通过此信号来判断柴油机的工作状态，即处于怎样的工况下工作，然后传感器的信号传输给电子控制系统7，电子控制系统7是单片机控制模块，主要是存储数据和控制指令的输出，其内部存储的数据是柴油机在不同工况下的最佳进气阀提前开启角的MAP图，此MAP图是柴油机在试验台架上测量得到的数据。在电子控制系统7内通过传感器信号判断的柴油机工况并在控制系统中的MAP图上进行插值，然后输出指令，传递给液压执行机构8信号，使可变凸轮控制杆3移动一定的位移，于是可变进气凸轮2的相位发生了改变，通过可变凸轮控制杆位置传感器9来反馈给电子控制系统7，确保可变凸轮控制杆3移动的位移是准确的。

液压执行机构8的结构示意图见图3，液压执行机构8通过液压油泵12来提供高压液压油，通过电磁控制阀10的开关来控制进入液压缸14的油量，进而使液压缸的活塞位移发生改变，液压油泵12连接液压油油箱11，电子控制系统7连接电磁控制阀10,电磁控制阀10控制液压油进油13和液压油回油15的进出，控制液压缸14运动。具体的工作过程如下：

1、当电磁控制阀10接受到电子控制系统7发出增大进气阀提前角执行指令时，通过控制电磁阀的开启使液压油施加在液压缸14活塞的左侧，迫使活塞右移，由于控制杆3推动可变进气凸轮2在可变凸轮轴1上轴向右移动，由于是螺旋花键齿连接，于是在移动过程中进气凸轮发生旋转，使进气阀的开闭时刻提前一定角度。

2、当电磁控制阀10接受到电子控制系统7发出减小进气阀提前角执行指令时，通过控制电磁阀的开启使液压油施加在液压缸14活塞的右侧，活塞将左移，使可变进气凸轮2向相反方向移动，同样是螺旋花键齿连接使可变进气凸轮2向相反方向旋转，使进气阀开闭时刻延迟某个角度。

Claims

1.一种连续可变配气定时机构，其特征是：包括可变凸轮轴、可变进气凸轮、排气凸轮、可变凸轮控制杆、液压执行机构，可变进气凸轮和排气凸轮均安装在可变凸轮轴上，可变凸轮轴上设置螺旋花键齿，可变进气凸轮上设置与螺旋花键齿相配合的螺旋花键槽，可变进气凸轮连接可变进气凸轮控制槽并与其一体，可变凸轮控制杆连接液压执行机构，可变凸轮控制杆上安装可变凸轮控制杆拔叉，可变凸轮控制杆拔叉安装在可变进气凸轮控制槽里。

2.根据权利要求1所述的一种连续可变配气定时机构，其特征是：所述的液压执行机构包括液压油油箱、液压油泵、电磁控制阀、液压缸、进油管、回油管，液压油油箱连接液压油泵，液压油泵通过进油管连通电磁控制阀，液压油油箱通过回油管连通电磁控制阀，液压缸设置进油口和出油口，电磁控制阀连通进油口和出油口，液压缸里设置活塞，活塞位于进油口和出油口之间，活塞连接可变凸轮控制杆，通过控制电磁控制阀的开关控制液压油的流动方向从而推动活塞移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种连续可变配气定时机构，其特征是：所述的可变进气凸轮、排气凸轮各有两个，两个排气凸轮位于两个可变进气凸轮之间，可变凸轮轴上设置挡块从而限定可变进气凸轮控制槽的最大位移。

4.根据权利要求1或2所述的一种连续可变配气定时机构，其特征是：还包括可变凸轮控制杆位置传感器，可变凸轮控制杆位置传感器安装在液压缸上。

5.根据权利要求3所述的一种连续可变配气定时机构，其特征是：还包括可变凸轮控制杆位置传感器，可变凸轮控制杆位置传感器安装在液压缸上。