CN218760061U - 一种阿特金森循环凸轮轴型线及应用于发动机的气门机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阿特金森循环凸轮轴型线及应用于发动机的气门机构，包括凸轮轴型线，包括基圆和凸轮桃；传动单元，包括凸轮轴、曲轴、摆臂和气门。本实用新型的有益效果为以进气门晚关的方式，在压缩冲程将部分进气推出气缸，从而降低有效压缩比，实现膨胀比大于压缩比，在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能，提高循环热效率。

Description

一种阿特金森循环凸轮轴型线及应用于发动机的气门机构

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，特别是一种阿特金森循环凸轮轴型线及应用于发动机的气门机构。

背景技术

现有的小型汽油发动机凸轮轴型线大多采用最经典的奥托循环，由德国人奥托根据前人的理论发明并应用。奥拓循环过程中压缩过程和做功过程是一样的，所以其最大的特点是：压缩比＝膨胀比，所以理论上发动机在各个阶段不会出现乏力、扭矩严重缺失的情况。但是现如今的年代更注重燃油经济性、动力扭矩和排放问题，采用奥拓循环的凸轮轴型线就存在以下主要缺陷：

1)采用奥拓循环凸轮轴型线的发动机低转速扭矩低，发动机未运行在高效率区，燃油利用率不高，热效率低，污染物排放大。

2)传统的奥托循环，节气门负荷控制，部分负荷工况泵气损失大从而导致燃油消耗率高。

3)传统的奥托循环，膨胀比不宜选用太高，否则在低速高负荷工况下容易发生早燃、爆震问题，小膨胀比限制了发动机热效率的提高。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型的目的是提供一种阿特金森循环凸轮轴型线及应用于发动机的气门机构。

为实现可以更快到达气门最大升程位置，提高进排气效率，本实用新型提供如下技术方案：一种阿特金森循环凸轮轴型线，其包括凸轮轴型线，包括基圆和凸轮桃，所述基圆的两个端点分别与所述凸轮桃的两个端点重合。

作为本实用新型所述阿特金森循环凸轮轴型线的一种优选方案，其中：所述基圆的半径为16mm。

作为本实用新型所述阿特金森循环凸轮轴型线的一种优选方案，其中：所述基圆的圆心到所述凸轮桃的桃尖的距离为22.52mm。

作为本实用新型所述阿特金森循环凸轮轴型线的一种优选方案，其中：气门开启处到气门最大升程处的气门开启角度为83.25°。

作为本实用新型所述阿特金森循环凸轮轴型线的一种优选方案，其中：气门最大升程处到气门关闭处的气门关闭角度为75.25°。

作为本实用新型所述阿特金森循环凸轮轴型线的一种优选方案，其中：所述凸轮轴型线开启侧和关闭侧采用非对称型线负曲率设计。

为实现膨胀比大于压缩比，本实用新型提供如下技术方案：一种应用于发动机的气门机构，其包括传动单元，包括凸轮轴和曲轴，所述凸轮轴与所述曲轴连接。

作为本实用新型所述应用于发动机的气门机构的一种优选方案，其中：所述传动单元还包括摆臂和气门，所述凸轮轴与所述摆臂连接，所述气门和所述摆臂连接。

作为本实用新型所述应用于发动机的气门机构的一种优选方案，其中：所述曲轴转至352.5°的时候，所述气门打开进气；当所述曲轴转至386.5°的时候，所述气门升程为1mm；当所述曲轴转至507°，所述气门升程达到最大，最大升程为12mm。

作为本实用新型所述应用于发动机的气门机构的一种优选方案，其中：当曲轴转至626.5°，所述气门升程回落至1mm位置；当所述曲轴转至669.5°的时候，所述气门升程为0，气门关闭。

本实用新型的有益效果：

1)采用此阿特金森循环的凸轮轴型线设计，以进气门晚关的方式，在压缩冲程将部分进气推出气缸，从而降低有效压缩比，实现膨胀比大于压缩比，提高循环热效率；

2)采用此阿特金森循环的凸轮轴型线设计，部分负荷工况节气门开度更大甚至全开，通过进气门晚关控制进气量，此时节气门的节流损失明显减小，泵气损失显著降低，膨胀比增大，从而提高热效率，降低油耗；

3)采用此阿特金森循环的凸轮轴型线设计，可以实现发动机膨胀比大于压缩比，在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能，提高循环热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为阿特金森循环凸轮轴型线轮廓设计。

图2为应用于发动机的气门机构结构图。

图3为应用于发动机的气门机构结构图。

图4为新技术方案S15T增压发动机机型阿特金森循环凸轮轴型线图。

图5为原有的奥托凸轮轴型线和本专利阿特金森循环型线对比图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1，为本实用新型第一个实施例，该实施例提供了一种阿特金森循环凸轮轴型线，凸轮轴型线100，包括基圆A和凸轮桃B，凸轮型线开启侧和关闭侧采用非对称型线负曲率设计，可以更快到达气门最大升程位置，提高进排气效率。

具体的，基圆A的两个端点分别与凸轮桃B的两个端点重合，基圆A的半径为16mm，基圆A的圆心到凸轮桃B的桃尖的距离C为22.52mm，气门开启处D到气门最大升程处的气门开启角度F为83.25°，气门最大升程处到气门关闭处E的气门关闭角度G为75.25°，凸轮轴型线100开启侧和关闭侧采用非对称型线负曲率设计。

实施例2

参照图2和图3，为本实用新型第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：该实施例提供了一种应用于发动机的气门机构，包括传动单元200，包括凸轮轴201、曲轴202、摆臂203和气门204，以进气门晚关的方式，在压缩冲程将部分进气推出气缸，从而降低有效压缩比，实现膨胀比大于压缩比，提高循环热效率。

具体的，凸轮轴201与曲轴202连接，凸轮轴201与摆臂203连接，气门204和摆臂203连接。

较优的，结合实施例1，基本尺寸选定凸轮轴基圆半径为16mm，摇臂的升程为6.52mm，此时对应气门最大升程为12mm，四冲程汽油机完成一个工作循环，活塞在上止点往复运动了四个行程，相应的曲轴转了2圈，凸轮轴转了1圈，曲轴转角0°，360°720°为活塞上止点位置，其中对应的360°活塞上止点到540°活塞下止点为汽油机的进气冲程。

较佳的，如图4所示随着曲轴的旋转，当曲轴转至352.5°的时候，气门此时开始打开进气；当转至386.5°的时候，气门升程为1mm；当转至507°的时候，气门升程达到最大位置为12mm，此时气门开度最大。随着曲轴继续旋转，气门逐渐关闭，当转至626.5°的时候，气门升程回落至1mm位置；当转至669.5°的时候，气门升程为0，此时气门彻底关闭，进气行程结束。综上，气门开启和关闭1mm时曲轴转角对应为为386.5°和626.5°，即气门开启持续期跨度曲轴转角为240.5°，型线跨度大进气量大，但由于进气门关闭时已经是669.5°，已经过了活塞下止点540°，此刻已是压缩冲程，即进气门晚关，有一部分气体在压缩行程中又被推出，这样便是阿特金森循环，可以增加膨胀做功行程，加大做功面积，可利用热能面积大，理论热效率更高。

进一步的，气门开启段从352.5°到气门升程最大时的507°，跨度为154.5°，气门关闭段从507°到气门升程为0时的669.5°，跨度为162.5°，由此可见气门开启侧和关闭侧采用的是非对称型线设计，同时桃片的负曲率内凹设计配合摇臂挺柱可以更快到达气门最大升程12mm位置，提高进气效率。

现有的N系列1.5L发动机采用应用广泛的奥托循环凸轮轴型线，气门最大升程7.8mm，气门升程1mm开启关闭曲轴转角为399°-601°，持续期跨度为202°，压缩过程中温度高，膨胀比不宜选用太高，小膨胀比限制了热效率的提高，燃料热值利用率低，排放也会较差。且在低速高负荷工况下容易发生早燃、爆震问题。节气门负荷控制，部分负荷工况泵气损失大从而导致燃油消耗率高，燃料热值利用率低，排放也会较差。

如下图5所示，本实用新型采用新型的阿特金森循环凸轮轴型线，运用于S系列混动发动机上，气门最大升程12mm，气门升程1mm开启关闭曲轴转角为386.5°-626.5°，持续期跨度为240°，型线跨度大进气量大，但由于进气门晚关，有一部分气体在压缩行程中又被推出，进气量虽减少但由于配合增压器及混动发动机的电机扭矩，动力并不减弱，且阿特金森循环可以增加膨胀做功行程，加大做功面积，可利用热能面积大，理论热效率更高。采用这样的凸轮轴型线设计，可实现膨胀比大于压缩比，提高循环热效率，降低发动机油耗。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：包括，

凸轮轴型线(100)，包括基圆(A)和凸轮桃(B)，所述基圆(A)的两个端点分别与所述凸轮桃(B)的两个端点重合。

2.如权利要求1所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：所述基圆(A)的半径为16mm。

3.如权利要求2所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：所述基圆(A)的圆心到所述凸轮桃(B)的桃尖的距离(C)为22.52mm。

4.如权利要求3所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：气门开启处(D)到气门最大升程处的气门开启角度(F)为83.25°。

5.如权利要求4所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：气门最大升程处到气门关闭处(E)的气门关闭角度(G)为75.25°。

6.如权利要求4所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：所述凸轮轴型线(100)开启侧和关闭侧采用非对称型线负曲率设计。

7.一种应用于发动机的气门机构，包括权利要求1～5任一所述的阿特金森循环凸轮轴型线，其特征在于：包括

传动单元(200)，包括凸轮轴(201)和曲轴(202)，所述凸轮轴(201)与所述曲轴(202)连接。

8.如权利要求7所述的应用于发动机的气门机构，其特征在于：所述传动单元(200)还包括摆臂(203)和气门(204)，所述凸轮轴(201)与所述摆臂(203)连接，所述气门(204)和所述摆臂(203)连接。

9.如权利要求8所述的应用于发动机的气门机构，其特征在于：所述曲轴(202)转至352.5°的时候，所述气门(204)打开进气；当所述曲轴(202)转至386.5°的时候，所述气门(204)升程为1mm；当所述曲轴(202)转至507°，所述气门(204)升程达到最大，最大升程为12mm。

10.如权利要求9所述的应用于发动机的气门机构，其特征在于：当曲轴(202)转至626.5°，所述气门(204)升程回落至1mm位置；当所述曲轴(202)转至669.5°的时候，所述气门(204)升程为0，气门关闭。

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