CN203669951U - 一种车用天然气发动机配气凸轮型线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车用天然气发动机配气凸轮型线，旨在解决现有技术没有根据天然气的特点重新设计配气凸轮，存在气门重叠角大、配气相位没有优化等问题，配气凸轮包括进气凸轮及排气凸轮，进气凸轮和排气凸轮的凸轮型线均由凸轮基圆、上升缓冲段、上升段、下降段和下降缓冲段组成，采用高次方多项式凸轮型线，凸轮型线的上升段和下降段的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成，下降段与上升段关于凸轮径向中心线对称，上升段和下降段分别通过等速等加速型上升缓冲段和等速等加速型下降缓冲段与凸轮基圆连接。

Description

一种车用天然气发动机配气凸轮型线

技术领域

本实用新型涉及汽车发动机的配气凸轮，特别涉及一种车用天然气发动机的配气凸轮型线。

背景技术

4102天然气发动机是公交车等车辆使用的动力机械，具有污染物排放低、可代替石油燃料、缓解能源紧张等优点，目前应用的天然气发动机是由汽油机改装而来，并没有根据天然气的特点重新设计配气凸轮，因此存在气门重叠角大、配气相位没有优化等问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术没有根据天然气的特点重新设计配气凸轮，存在气门重叠角大、配气相位没有优化等问题，提供了一种车用天然气发动机配气凸轮型线，保证了配气机构的工作平稳性，有利于降低气门落座噪声和冲击，提高4102天然气发动机的动力性和经济性。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

提供一种车用天然气发动机配气凸轮型线，配气凸轮包括进气凸轮及排气凸轮，进气凸轮和排气凸轮的凸轮型线均由凸轮基圆、上升缓冲段、上升段、下降段和下降缓冲段组成，其特征在于，采用高次方多项式凸轮型线，凸轮型线的上升段和下降段的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成，下降段与上升段关于凸轮径向中心线对称，上升段和下降段分别通过等速等加速型上升缓冲段和等速等加速型下降缓冲段与凸轮基圆连接。

本实用新型提供的一种车用天然气发动机配气凸轮型线的进一步改进方案为，所述上升段和下降段的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成，凸轮升程由以下方程表达：

$y=C_0+C_2{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^2+C_p{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^p+C_q{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^q+C_r{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^r+C_s{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^s$

式中，y代表凸轮升程，单位：mm；变量x代表凸轮转角，单位：deg，其取值范围：0～θ，θ代表上升段或下降段的半包角，单位：deg；p、q、r、s是各项指数；C₀、C₂、C_p、C_q,、C_r、C_s是方程各项的系数，根据边界条件和各项指数计算求出。

本实用新型提供的一种车用天然气发动机配气凸轮型线的进一步改进方案为，所述上升缓冲段和下降缓冲段关于凸轮径向中心线对称，上升缓冲段和下降缓冲段均由等速段和等加速段组成，其型线方程表达式为：

等速段：H_y1=H₀-V₀·x；

等加速段： $H_{y2}=\frac{A}{2}{(x-Q_2)}^2+B(x-Q_2)+C;$

式中，H₀表示缓冲段的终了高度，单位：mm；V₀表示预设的缓冲段的终了速度，单位：mm/deg；Q₂表示等速段的包角，单位：deg；A、B、C均为方程系数，通过实际边界条件计算得到。

本实用新型提供的一种车用天然气发动机配气凸轮型线的进一步改进方案为，所述进气凸轮的型线基本设计参数如下：上升缓冲段包角φ₁为15，单位：deg；下降缓冲段包角φ₂为15，单位：deg；上升段工作包角θ₁为58，单位：deg；下降段工作包角θ₂为58，单位：deg；最大凸轮升程Hmax为7.6，单位：mm；上升缓冲段高度H₀₁为0.25，单位：mm；下降缓冲段高度H₀₂为0.25，单位：mm；上升缓冲段速度V₀₁为0.02，单位：mm/deg；下降缓冲段速度V₀₂为-0.02，单位：mm/deg；升程时断面积为491.77，单位：deg.mm；型线丰满系数Fu为0.58。

本实用新型提供的一种车用天然气发动机配气凸轮型线的进一步改进方案为，所述排气凸轮的型线基本设计参数如下：上升缓冲段包角φ₁为15，单位：deg；下降缓冲段包角φ₂为15，单位：deg；上升段工作包角θ₁为60，单位：deg；下降段工作包角θ₂为60，单位：deg；最大凸轮升程Hmax为7.2，单位：mm；上升缓冲段高度H₀₁为0.25，单位：mm；下降缓冲段高度H₀₂为0.25，单位：mm；上升缓冲段速度V₀₁为0.02，单位：mm/deg；下降缓冲段速度V₀₂为-0.02，单位：mm/deg；升程时断面积为486.48，单位：deg.mm；型线丰满系数Fu为0.58。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提供的凸轮型线采用高次方多项式凸轮型线，凸轮型线上升段与下降段对称，通过缓冲段与凸轮基园圆滑连接，保证了配气机构的工作平稳性。

2、本实用新型采用了较小的进排气重叠角和较小的进气包角，有利于提高发动机的低速扭矩和怠速工作平稳性。

3、本实用新型采用了合适的缓冲段，有利于降低气门落座噪声和冲击。

附图说明

图1为进、排气凸轮型线示意图；

图2为进、排气凸轮控制进、排气门开闭示意图；

图3是本实用新型所述的车用天然气发动机配气凸轮型线控制的4102天然气发动机进气凸轮挺柱运动规律曲线；其中，图3a为进气凸轮升程曲线，图3b为进气凸轮速度曲线，图3c为进气凸轮加速度曲线；

图4是本实用新型所述的车用天然气发动机配气凸轮型线控制的4102天然气发动机排气凸轮挺柱运动规律曲线；其中，图4a为进气凸轮升程曲线，图4b为进气凸轮速度曲线，图4c为排气凸轮加速度曲线。

图中：1、凸轮基圆2、上升缓冲段3、上升段4、下降段5、下降缓冲段6、排气门开启提前角7、排气门关闭滞后角8、进气门开启提前角9、进气门关闭滞后角

具体实施方式

参照图1，凸轮型线由五部分组成，分别是凸轮基圆1、上升缓冲段2、上升段3、下降段4和下降缓冲段5。本设计方案采用高次方多项式凸轮型线，凸轮型线的上升段3和下降段4的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成；下降段4与上升段3关于凸轮径向中心线（对称中心线）对称。上升段3和下降段4分别通过等速等加速型上升缓冲段2和等速等加速型下降缓冲段5与凸轮基圆1连接。

上升缓冲段2和下降缓冲段5关于凸轮径向中心线（对称中心线）对称，上升缓冲段2和下降缓冲段5都是由等速段和等加速段组成，缓冲段的型线方程表达式如下：

等速段：H_y1=H₀-V₀·x

等加速段： $H_{y2}=\frac{A}{2}{(x-Q_2)}^2+B(x-Q_2)+C$

式中，H₀（单位：mm）为缓冲段的终了高度；V₀（单位：mm/deg）为预设的缓冲段的终了速度，由设计者给定；Q₂为等速段的包角，单位：deg；A、B、C为方程系数，由实际边界条件计算而得。

上升段3和下降段4统称为工作段，工作段的凸轮升程由以下方程表达：

$y=C_0+C_2{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^2+C_p{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^p+C_q{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^q+C_r{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^r+C_s{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^s$

式中，y代表凸轮升程（单位：mm），变量x代表凸轮转角（单位：deg），取值范围：0～θ，θ代表工作段的半包角，单位：deg；p、q、r、s是各项指数，是由设计者给定的设计参数；C₀、C₂、C_p、C_q、C_r、C_s是方程各项的系数，根据边界条件和各项指数计算求出。

实施例中，升程单位均为mm,速度单位均为mm/deg，加速度单位均为mm/deg²，角度单位均为deg。

图1中，R2代表凸轮基圆的半径，单位：mm；φ1代表上升缓冲段2的包角，φ2代表下降缓冲段5的包角，本实施例中，φ1=φ2，单位：deg。

图1中，θ₁代表上升段工作包角，θ₂代表下降段工作包角，本实施例中，θ₁=θ₂=θ，为工作段的半包角，单位：deg。

本实施例中，进气凸轮和排气凸轮的型线基本设计参数如表一和表二所示（表中数值采用科学计数法计数）。

表一进气凸轮的型线基本设计参数

表二排气凸轮的型线基本设计参数

表三进、排气挺柱升程表

凸轮转角	进气挺柱升程	排气挺柱升程
			0	0	0
10	0.15	0.15
			20	0.58632	0.499674
30	2.229643	2.077459
			40	4.21539	3.972387
50	5.912178	5.537057
			60	7.05692	6.600489
70	7.571055	7.133383
			80	7.442421	7.133383
90	6.672748	6.600489
			100	5.290779	5.537057
110	3.431034	3.972387
			120	1.478193	2.077459
130	0.277106	0.499674
			140	0.07	0.15
141	0	0.032
			149		0

进气凸轮控制进气门的开启和关闭，排气凸轮控制排气门的开启和关闭。

参照图2，曲轴沿顺时针方向旋转。进气门开启提前角8的角度为12°；进气门关闭滞后角9的角度为48°；进气门开启所对应的曲轴转角为240°。排气门开启提前角6的角度为42°；排气门关闭滞后角7的角度为18°；排气门开启所对应的曲轴转角为240°，进排气门重叠角30°。

本实用新型的天然气发动机采用侧置单凸轮轴，进排气凸轮桃尖的间隔角度为进气凸轮落后于排气凸轮105.5°。

Claims (5)

1.一种车用天然气发动机配气凸轮型线，配气凸轮包括进气凸轮及排气凸轮，进气凸轮和排气凸轮的凸轮型线均由凸轮基圆（1）、上升缓冲段（2）、上升段（3）、下降段（4）和下降缓冲段（5）组成，其特征在于，采用高次方多项式凸轮型线，凸轮型线的上升段（3）和下降段（4）的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成，下降段（4）与上升段（3）关于凸轮径向中心线对称，上升段（3）和下降段（4）分别通过等速等加速型上升缓冲段（2）和等速等加速型下降缓冲段（5）与凸轮基圆（1）连接。

2.按照权利要求1所述的一种车用天然气发动机配气凸轮型线，其特征在于，所述上升段（3）和下降段（4）的凸轮升程均由一个高次方多项式函数表达组成，凸轮升程由以下方程表达：

$y=C_0+C_2{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^2+C_p{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^p+C_q{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^q+C_r{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^r+C_s{\left(\frac{x}{\mathrm{\θ}}\right)}^s$

式中，

y代表凸轮升程，单位：mm；

变量x代表凸轮转角，单位：deg，其取值范围：0～θ，θ代表上升段（3）或下降段（4）的半包角，单位：deg；

p、q、r、s是各项指数；

C₀、C₂、C_p、C_q,、C_r、C_s是方程各项的系数，根据边界条件和各项指数计算求出。

3.按照权利要求1所述的一种车用天然气发动机配气凸轮型线，其特征在于，所述上升缓冲段（2）和下降缓冲段（5）关于凸轮径向中心线对称，上升缓冲段（2）和下降缓冲段（5）均由等速段和等加速段组成，其型线方程表达式为：

等速段：H_y1=H₀-V₀·x；

等加速段： $H_{y2}=\frac{A}{2}{(x-Q_2)}^2+B(x-Q_2)+C;$

式中，

H₀表示缓冲段（2、5）的终了高度，单位：mm；

V₀表示预设的缓冲段（2、5）的终了速度，单位：mm/deg；

Q₂表示等速段的包角，单位：deg；

A、B、C均为方程系数，通过实际边界条件计算得到。

4.按照权利要求1所述的一种车用天然气发动机配气凸轮型线，其特征在于，所述进气凸轮的型线基本设计参数如下：上升缓冲段（2）包角φ₁为15，单位：deg；下降缓冲段（5）包角φ₂为15，单位：deg；上升段（3）工作包角θ₁为58，单位：deg；下降段（4）工作包角θ₂为58，单位：deg；最大凸轮升程Hmax为7.6，单位：mm；上升缓冲段（2）高度H₀₁为0.25，单位：mm；下降缓冲段（5）高度H₀₂为0.25，单位：mm；上升缓冲段（2）速度V₀₁为0.02，单位：mm/deg；下降缓冲段（5）速度V₀₂为-0.02，单位：mm/deg；升程时断面积为491.77，单位：deg.mm；型线丰满系数Fu为0.5768。

5.按照权利要求1所述的一种车用天然气发动机配气凸轮型线，其特征在于，所述排气凸轮的型线基本设计参数如下：上升缓冲段（2）包角φ₁为15，单位：deg；下降缓冲段（5）包角φ₂为15，单位：deg；上升段（3）工作包角θ₁为60，单位：deg；下降段（4）工作包角θ₂为60，单位：deg；最大凸轮升程Hmax为7.2，单位：mm；上升缓冲段（2）高度H₀₁为0.25，单位：mm；下降缓冲段（5）高度H₀₂为0.25，单位：mm；上升缓冲段（2）速度V₀₁为0.02，单位：mm/deg；下降缓冲段（5）速度V₀₂为-0.02，单位：mm/deg；升程时断面积为486.48，单位：deg.mm；型线丰满系数Fu为0.5833。

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