CN107630729A - 一种带有余弦‑等速型缓冲段的内燃机配气凸轮及其升程曲线确定方法 - Google Patents
一种带有余弦‑等速型缓冲段的内燃机配气凸轮及其升程曲线确定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种带有余弦‑等速型缓冲段的内燃机配气凸轮及其升程曲线确定方法，余弦‑等速型缓冲段由两段组成，即第一段加速度曲线为余弦曲线，第二段加速度曲线为等速曲线，其升程曲线的表达式为：当0≤α≤α1时，hC(α)＝C1(1‑cosωα)；当α1＜α≤α0时，hC(α)＝E0+E1α，余弦‑等速型缓冲段的待定常数C1、E0、E1由边界条件和α＝α1处的连续性条件求得，即C1＝h0/[1+cos(ωGα0)+ωα0(1‑G)sin(ωGα0)]，E1＝C1·ω·sin(ωGα0)，E0＝h0/α0E1。本发明能够保持缓冲段末端三阶导数为零，并且能够克服缓冲段自身分段处的不连续性，从而有利于降低由凸轮型线引起的配气机构冲击、振动和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机配气机构，具体地说是配气凸轮。
背景技术
配气机构是内燃机主要运动机构之一。配气机构是由互相衔接的多个零部件构成，在柴油机运行中，由于受力和受热的变化，会有不同程度的伸缩。为保证气阀处在关闭时刻能保持阀面与阀座关闭严密，在整个配气机构传动链中必须留有间隙。由于气阀间隙的存在，挺柱与气阀的运动不能同步，同时，一般为了获得足够大的气阀通过断面，挺柱常以较大的加速度开始运动。这样当挺柱克服了间隙去驱动处于静止状态的气阀时，气阀初速度就在极短时间内从零变到相当大数值，并且落座时也有相同的情况，即当气阀脱开挺柱驱动而自由落座的速度很大，容易造成阀面和阀座之间强烈的冲击、磨损和噪声。为了解决这个问题，通常是在基本工作段外安排一段缓冲段。
目前常用的缓冲段型式有余弦型缓冲段和等加速-等速型缓冲段。在缓冲段升程和包角相同的情况下，余弦型缓冲段的速度、加速度和跃度曲线更光滑，在缓冲段末端，升程函数的二阶导数为零，但是其三阶导数不为零，所以与工作段连接处平稳性稍差，而且在气阀开启时的运动速度较大；等加速-等速型在缓冲段末端升程曲线的高阶导数均为零，能保证与工作端衔接的平稳性，而且具有使气阀恒定的开启和落座等优点，但是在等加速段和等速段的分段处会有较大的冲击。
发明内容
本发明的目的在于提供能够保持缓冲段末端三阶导数为零，并且能够克服缓冲段自身分段处的不连续性，从而有利于降低由凸轮型线引起的配气机构冲击、振动和噪声的一种带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮及其升程曲线确定方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮，其特征是：
配气凸轮的缓冲段型线包括相连的第一段加速度曲线和第二段加速度曲线，第一段加速度曲线为余弦曲线，第二段加速度曲线为等速曲线，配气凸轮升程曲线的表达式为：
相应的速度、加速度和跃度曲线表达式为：
式中，α1为余弦段包角，α0为缓冲段包角，vC为速度，aC为加速度，jC为跃度曲线，C1、E0、E1均为待定常数，由边界条件和α＝α1处的连续性条件求得：
E1＝C1·ω·sin(ωGα0)
其中，h0为缓冲段升程，G为余弦段包角系数，大小为G＝α1/α0；ω表示余弦函数的周期，大小为ω＝π/2α1。
本发明一种带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮升程曲线确定方法，其特征是：
(1)设定缓冲段升程h0、缓冲段包角α0和余弦段包角系数G；
(2)根据余弦段包角系数确定余弦段包角，即
α1＝Gα0；
(3)根据α＝α0处缓冲段升程的边界条件，确定
E0+E1α0＝h0，E0、E1均为待定常数；
(4)根据α＝α1处缓冲段升程的连续性条件，确定
C1(1-cosωα1)＝E0+E1α1，C1为待定常数；
(5)根据α＝α1处缓冲段速度的连续性条件，确定
ωC1sin(ωα1)＝E1；
(6)将以上综合，确定待定常数C1、E0、E1，即
E1＝C1·ω·sin(ωGα0)
(7)将待定常数C1、E0、E1代入hC(α)为配气凸轮升程曲线的表达式，获得带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮。
本发明的优势在于：
(1)与余弦型缓冲段相比，本发明提供的凸轮缓冲段升程曲线末端的高阶导数为零，能保证与工作端衔接的平稳性，所以具有使气阀稳定开启和落座的优点。
(2)与等加速-等速型缓冲段相比，本发明提供的凸轮缓冲段内部分段衔接处更光滑，所以有利于减小气阀开启前和气阀关闭后零件之间的冲击。
附图说明
图1为余弦型缓冲段加速度曲线示意图；
图2为余弦-等速型缓冲段与等加速-等速型缓冲段升程曲线的对比；
图3为余弦-等速型缓冲段与等加速-等速型缓冲段速度曲线的对比；
图4为余弦-等速型缓冲段与等加速-等速型缓冲段加速度曲线的对比；
图5为余弦-等速型缓冲段与等加速-等速型缓冲段跃度曲线的对比。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，本发明余弦-等速型缓冲段升程曲线hC(α)由两段组成，其表达式可写为：
相应的速度、加速度和跃度曲线表达式为：
式中，α1为余弦段包角，α0为缓冲段包角，α1、C1、E0、E1均为待定常数，
大小可由边界条件和α＝α1处的连续性条件求得。具体按如下步骤实现：
步骤1：给定缓冲段升程h0、缓冲段包角α0和余弦段包角系数G。
步骤2：根据余弦段包角系数确定余弦段包角，即
α1＝Gα0 (12)
步骤3：根据α＝α0处缓冲段升程的边界条件，确定
E0+E1α0＝h0 (13)
步骤4：根据α＝α1处缓冲段升程的连续性条件，确定
C1(1-cosωα1)＝E0+E1α1 (14)
步骤5：根据α＝α1处缓冲段速度的连续性条件，确定
ωC1sin(ωα1)＝E1 (15)
步骤6：根据公式(12)-(15)，确定待定常数C1、E0、E1，即
E1＝C1·ω·sin(ωGα0) (17)
步骤7：将待定常数C1、E0、E1代入公式(8)获得满足要求的余弦-等速缓冲段升程曲线。
Claims (2)
1.一种带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮，其特征是：
配气凸轮的缓冲段型线包括相连的第一段加速度曲线和第二段加速度曲线，第一段加速度曲线为余弦曲线，第二段加速度曲线为等速曲线，配气凸轮升程曲线的表达式为：
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式中，α1为余弦段包角，α0为缓冲段包角，vC为速度，aC为加速度，jC为跃度曲线，C1、E0、E1均为待定常数，由边界条件和α＝α1处的连续性条件求得：
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其中，h0为缓冲段升程，G为余弦段包角系数，大小为G＝α1/α0；ω表示余弦函数的周期，大小为ω＝π/2α1。
2.一种带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮升程曲线确定方法，其特征是：
(1)设定缓冲段升程h0、缓冲段包角α0和余弦段包角系数G；
(2)根据余弦段包角系数确定余弦段包角，即
α1＝Gα0；
(3)根据α＝α0处缓冲段升程的边界条件，确定
E0+E1α0＝h0，E0、E1均为待定常数；
(4)根据α＝α1处缓冲段升程的连续性条件，确定
C1(1-cosωα1)＝E0+E1α1，C1为待定常数；
(5)根据α＝α1处缓冲段速度的连续性条件，确定
ωC1sin(ωα1)＝E1；
(6)将以上综合，确定待定常数C1、E0、E1，即
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(7)将待定常数C1、E0、E1代入hC(α)为配气凸轮升程曲线的表达式，获得带有余弦-等速型缓冲段的内燃机配气凸轮。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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