一種1.5L渦輪增壓直噴汽油機的進氣凸輪的製作方法

2023-05-24 08:03:36 1

本發明涉及發動機凸輪
技術領域：
，特別涉及一種1.5L渦輪增壓直噴汽油機的進氣凸輪。
背景技術：
：目前增壓直噴汽油發動機所採用的進氣凸輪存在兩種設計難題：(1)低速扭矩較小，導致出現渦輪響應遲滯現象；當前市場1.5L增壓汽油機低速扭矩大多在207～252Nm；(2)當低速扭矩設計值進行優化增大時，很難同時在高速取得較大功率(市場1.5L增壓汽油機功率大多低於133kW)；如何實現高低速性能的同時優化，克服以上兩個難題，使汽油機大功率小型化，以配合整車達到節能減排的總目標，成為本領域技術人員共同的難題。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種在保證高速性能的同時，減小低速時的響應遲滯，改善發動機低速性能的1.5L渦輪增壓直噴汽油機的進氣凸輪。為達到上述目的，本發明提供以下技術方案；一種1.5L渦輪增壓直噴汽油機的進氣凸輪，所述進氣凸輪的凸輪型線包括氣門打開側緩衝段、氣門關閉側緩衝段、工作段和基圓段；所述工作段的包角在108°～120°範圍內，優選為18.5°，所述凸輪型線的最大升程H在7mm～7.5mm內；所述氣門開啟側緩衝段和氣門關閉側緩衝段的夾角都為18°～24°，優先為19°，氣門開啟側緩衝段和氣門關閉側緩衝段最大高度都在0.25mm以上；所述基圓段的半徑在17mm～19mm內。在上述進氣凸輪中，所述凸輪型線的最大正加速度為85mm/rad2～110mm/rad2，優選為95mm/rad2，型線工作段的氣門開啟側和關閉側對應的正加速度寬度範圍都為8.5°～15°，優選為10°；所述凸輪型線的最大負加速度為-20mm/rad2～-30mm/rad2，負加速度寬度範圍為80°～90°。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供的增壓直噴汽油機的進氣凸輪中，通過將凸輪型線的工作段的包角控制在108°～120°範圍內，氣門打開側緩衝段的夾角控制在18°～24°範圍內，緩衝段最大高度在0.25mm以上，凸輪型線的最大升程H在7mm～7.5mm範圍內，經過試驗驗證，該進氣凸輪可以使發動機在中低速扭矩達到280N*m/(1550rpm-4500rpm)，同時，在高速5500rpm時仍然達到額定功率150kW的設計目標。可見該進氣凸輪可以確保1.5L增壓直噴發動機在高速大功率150kW的同時實現低速大扭矩，減小渦輪響應的遲滯現象。附圖說明圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的凸輪型線的極坐標示意圖。圖3為本發明的氣門側凸輪特性曲線。圖4為本發明的凸輪側特性曲線。具體實施方式下文，將接合本發明中的附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的僅僅是本發明的一部分，而不是全部的。本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的其他實施例，都屬於本發明保護範圍。對於本發明實施例提供的一種1.5L渦輪增壓直噴汽油機的進氣凸輪，其凸輪型線總體上採用了「仿真計算+經驗資料庫修正+試驗驗證」的聯合設計方法：聯合了發動機性能計算和氣門系動力學計算，並且結合氣門系運動學資料庫對型線進行改進，最後試驗驗證其性能和可靠性。如圖1和圖2所示，進氣凸輪的凸輪型線包括1氣門打開側緩衝段、2工作段、3氣門關閉側緩衝段和4基圓段：其一，緩衝段高度在0.25mm以上，氣門開啟側和關閉側緩衝段持續期都是18°～24°，有利於對氣門開啟速度和落座速度進行有效控制，確保氣門開關動作的平穩性，這是發動機正常換氣的必要條件；其二，基於「仿真計算+經驗資料庫修正+試驗驗證」的設計方法，最終使工作段2的包角控制在108°～120°範圍內，且凸輪型線的最大升程在7mm～7.5mm內，有效利用進排氣壓力波的動態效應來提升低速充氣效率；在保證額定轉速發動機功率的前提下，可以提升發動機低速狀態下的扭矩。最大正加速度為85mm/rad2～110mm/rad2，型線工作段的氣門開啟側和關閉側對應的正加速度寬度範圍都為8.5°～15°；所述凸輪型線的最大負加速度為-20mm/rad2～-30mm/rad2，負加速度寬度範圍為80°～90°，如此設計可兼顧氣門系的動力學要求(不飛脫、不並圈)和發動機性能要求。上述進氣凸輪最後通過試驗驗證：發動機在1550～4500r/min的轉速範圍內，保持280N*m扭矩的輸出，同時保證發動機在額定轉速5500rpm下的額定功率150kW的設計目標。可見即使在低速運行下，發動機也能夠提供較高的扭矩和功率，減小了遲滯的程度，改善了發動機的低速性能。本實施例中，凸輪型線利用分析軟體將基圓段4的半徑控制在17～19mm範圍內，保證了凸輪軸的使用壽命，同時也將凸輪軸摩擦副的摩擦力矩控制在最小範圍。當然，以上是基圓半徑只是最優選擇，根據實際需要，基圓半徑還可以取其他數值，並不局限上述方位。在上述進氣凸輪中，所述凸輪型線的。相關的凸輪特性如附圖3和附圖4所示：在附圖3中，曲線ValveLift為氣門升程曲線，曲線SpringForce為彈簧力曲線，曲線InertiaForce為慣性力曲線，曲線ValveVelocity為氣門的速度曲線；在附圖4中，曲線RadiusOfCamContour為凸輪型線的曲率半徑曲線，曲線Cam-FollowerContactStressR為凸輪從動件在額定轉速下的接觸應力曲線，曲線Cam-FollowerContactStress0為凸輪從動件在接近於零轉速下的接觸應力曲線，曲線Cam-Fllowerlift為凸輪從動件升程曲線。本實施例中提供了一種具體的進氣凸輪的凸輪型線升程表，其中氣門打開側的升程表如表1所示：表1凸輪型線開啟側升程表凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程1050.00001240.29081433.25251626.38731060.00081250.30921443.46701636.49471070.00411260.33311453.67651646.59621080.01231270.36841463.88081656.69171090.02511280.42131474.07971666.78121100.04201290.49631484.27321676.86471110.05971300.59661494.46111686.94211120.07751310.72371504.64351697.01351130.09521320.87711514.82031707.07881140.11301331.05471524.99151717.13801150.13081341.25271535.15701727.19111160.14861351.46581545.31681737.23801170.16631361.68751555.47101747.27871180.18411371.91261565.61931757.31321190.20191382.13771575.76191767.34151200.21971392.36271585.89871777.36361210.23751402.58761596.02961787.37941220.25521412.81161606.15471797.38881230.27301423.03401616.27401807.3920氣門關閉側升程表如表2所示：表2凸輪型線關閉側升程表凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程凸輪角度凸輪升程1807.39201996.27402183.03402370.27301817.38882006.15472192.81162380.25521827.37942016.02962202.58762390.23751837.36362025.89872212.36272400.21971847.34152035.76192222.13772410.20191857.31322045.61932231.91262420.18411867.27872055.47102241.68752430.16631877.23802065.31682251.46582440.14861887.19112075.15702261.25272450.13081897.13802084.99152271.05472460.11301907.07882094.82032280.87712470.09521917.01352104.64352290.72372480.07751926.94212114.46112300.59662490.05971936.86472124.27322310.49632500.04201946.78122134.07972320.42132510.02511956.69172143.88082330.36842520.01231966.59622153.67652340.33312530.00411976.49472163.46702350.30922540.00081986.38732173.25252360.29082550.0000上述凸輪型線升程表只是一種實施例方式，並不局限於以上表格所列舉的數值。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對於本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp