专利名称：电控高压柴油机单体泵凸轮形线及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于各种拥有电控喷射装置的卡车，工程机械，发电机组和军用柴油机等电控高压柴油机单体泵的凸轮形线。
本发明还涉及该凸轮形线的制作方法背景技术随着柴油汽车发动机电喷技术的发展，电控单体泵喷射装置与电控单元ECU的智能化和单体泵凸轮形线的优化匹配起着至关重要的作用。公知技术中用于电控机械喷射装置的单体泵凸轮形线，由其对应函数取值形成的水滴状凸轮轮廓线形陡急，形成的推回程凸轮形线走向不能全兼容发动机各工况的运动规律和时间响应，因此匹配范围面小，不能避免柱塞从动件速率的突变对柴油发动机造成的不良冲击。它在用于各种柱塞式分配泵、直列泵等机械式单体泵中，会产生增压速度达不到要求高度；供油压力不足；保压时间不够，发动机噪音大、油耗高、排气烟度大、温度高等不理想的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种能够兼容发动机全工况运动规律，能适时响应和匹配电子控制单元ECU程序指令柱塞从动件运动，可避免柱塞从动件速率突变对柴油发动机不良冲击的电控高压柴油机单体泵凸轮形线。
本发明的另一个目的是提供该凸轮形线的制作方法本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明提供的一种电控高压柴油机单体泵凸轮形线，包括凸轮基圆，凸轮全高、凸轮宽度，其特征在于由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与心桃大致相同的形状。所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的形线。
本发明提供的制造该该凸轮形线的制作方法包括
(a)计算单体泵凸轮每递增一个角度的升程升程；(b)然后选定一个基圆半径或基圆直径的值；(c)再选一个偏心值；(d)根据升程值和凸轮柱塞滚轮的大小，按解析法设计凸轮轮廓，采用计算机辅助设计计算和绘出的凸轮轮廓。
(e)按凸轮柱塞从动件规律曲线的匀加速段——加速度均匀减小的加速段——匀速段——加速度均匀增加的减速段——匀减速段的推程段和按凸轮柱塞从动件规律曲线的加速度均匀减小的加速段——匀加速段——匀速段——匀减速段的回程段凸轮形线各段的运动方程及各点边界条件如下d3sdφ3=0]]>(φ∈
(匀加速段)d4sdφ4=0]]>(φ∈[φ1，φ2](加速度均匀减小的加速段)d2sdφ2=0]]>(φ∈[φ2，φ3](匀速段)d4sdφ4=0]]>(φ∈[φ3，φ4](加速度均匀增加的减速段)d3sdφ3=0]]>(φ∈[φ4，φ5](匀减速段)d4sdφ4=0]]>(φ∈[φ5，φ6](加速度均匀减小的加速段)d3sdφ3=0]]>(φ∈[φ6，φ7](匀加速段)d2sdφ2=0]]>(φ∈[φ7，φ8](匀速段)d3sdφ3=0]]>(φ∈[φ8，φ9](匀减速段)
当φ＝0时，s＝0，dsdφ=0]]>当φ＝φ5时，dsdφ=0]]>当φ＝φ9时，s＝0，dsdφ=0]]>当φ＝φ5时，s＝12mm除φ＝φ7和φ＝φ8外，其余各边界点的s， 连续φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6、φ7、φ8、φ9的值依次为23.5°、24°、43°、43.5°、58.5°、59°、99°、299°、339°。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
凸轮形线中设置的φ2～φ3、φ4～φ5、φ5～φ6的过渡段，可避免柱塞从动件加速度变化过大对柴油机造成的不良冲击。凸轮升程曲线合理准确，按本发明凸轮形线设计的凸轮，不仅解决了兼容发动机全工况运动规律，适时响应匹配电子控制单元ECU程序指令柱塞从动件运动的问题，而且可使整机性能发挥到最佳状态。能使四缸电控高压柴油机具有很大的总排量和很高的供油压力。具有保压时间长、单缸功率大、效率高、噪音小等优点。
按本发明凸轮形线设计的凸轮，可以实现各缸的独立控制和预喷射。可在0.01s内快速增压到1200～1400bar，可使单体泵的单缸每循环喷油量高达0.5ml/stroke，能使电控单体泵喷射系统在1200-1400bar的压力下有足够的时间让高速强力电磁阀实现高响应的开闭和喷油脉宽的精确控制。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
图1为本发明凸轮柱塞从动件的运动规律图。
图2为本发明在电控高压柴油机单体泵喷射系统中的工作关系结构简图。
图3为本发明的凸轮轮廓图和凸轮的立体结构示意图。
具体实施例方式
附图1描述了凸轮柱塞从动件的运动规律。由柱塞速度和加速度曲线可知，凸轮的推程段ba由匀变加速形线-等速形线-等减速形线组成；回程段ac由等减速形线-等速形线-等加速形线组成；其中有一小段与基圆段cb平滑过渡重合。
所述的推程段是对应凸轮柱塞从动件运动规律中的匀加速段——加速度均匀减小的加速段——匀速段——加速度均匀增加的减速段——匀减速段的推程段对应函数取值组成的平滑曲线；所述的回程段是对应凸轮柱塞从动件运动规律中的加速度均匀减小的加速段——匀加速段——匀速段——匀减速段的对应函数取值组成的平滑曲线。
所述的电控高压柴油机单体泵凸轮柱塞从动件的运动规律主要包括柱塞位移曲线，柱塞速度曲线，柱塞加速度曲线推程段形线。
所述的单体泵凸轮上升过程的升程是按以下每递增一个角度凸轮相应的升程值计算的，(基圆为直径20)0°升程是 0mm 22°升程是 1.8537mm 44°升程是 8.0109mm1°升程是 0.0031mm 23°升程是 2.0465mm 45°升程是 8.3213mm2°升程是 0.0123mm 24°升程是 2.2492mm 46°升程是 8.6318mm3°升程是 0.0276mm 25°升程是 2.4618mm 47°升程是 8.9422mm4°升程是 0.049mm 26°升程是 2.6843mm 48°升程是 9.2527mm5°升程是 0.0766mm 27°升程是 2.9167mm 49°升程是 9.563mm6°升程是 0.1103mm 28°升程是 3.1614mm 50°升程是 9.8617mm7°升程是 0.1501mm 29°升程是 3.4207mm 51°升程是 10.1409mm8°升程是 0.196mm 30°升程是 3.6946mm 52°升程是 10.4006mm9°升程是 0.25mm 31°升程是 3.9831mm 53°升程是 10.6407mm10°升程是 0.3138mm 32°升程是 4.286mm 54°升程是 10.8613mm11°升程是 0.3876mm 33°升程是 4.5961mm 55°升程是 11.0624mm12°升程是 0.4713mm 34°升程是 4.9065mm 56°升程是 11.244mm13°升程是 0.5649mm 35°升程是 5.217mm 57°升程是 11.4061mm14°升程是 0.6685mm 36°升程是 5.5274mm 58°升程是 11.5486mm15°升程是 0.7819mm 37°升程是 5.8378mm 59°升程是 11.6716mm16°升程是 0.9053mm 38°升程是 6.1483mm 60°升程是 11.7751mm17°升程是 1.0386mm 39°升程是 6.4587mm 61°升程是 11.859mm18°升程是 1.1818mm 40°升程是 6.7692mm 62°升程是 11.9235mm19°升程是 1.3349mm 41°升程是 7.0796mm 63°升程是 11.9684mm20°升程是 1.4979mm 42°升程是 7.39mm64°升程是 11.9938mm21°升程是 1.6708mm 43°升程是 7.7005mm 65°升程是 11.9996mm
单体泵凸轮下降过程的升程是按以下每递增一个角度凸轮相应的升程值计算的。
66°升程是 11.9904mm 164°升程是 7.7243mm 262°升程是 2.8406mm67°升程是 11.9774mm 165°升程是 7.6745mm 263°升程是 2.7907mm68°升程是 11.9633mm 166°升程是 7.6247mm 264°升程是 2.7409mm69°升程是 11.9481mm 167°升程是 7.5748mm 265°升程是 2.6911mm70°升程是 11.9317mm 168°升程是 7.525mm 266°升程是 2.6412mm71°升程是 11.9142mm 169°升程是 7.4752mm 267°升程是 2.5914mm72°升程是 11.8956mm 170°升程是 7.4253mm 268°升程是 2.5416mm73°升程是 11.8758mm 171°升程是 7.3755mm 269°升程是 2.4917mm74°升程是 11.8549mm 172°升程是 7.3257mm 270°升程是 2.4419mm75°升程是 11.8329mm 173°升程是 7.2758mm 271°升程是 2.3921mm76°升程是 11.8097mm 174°升程是 7.226mm 272°升程是 2.3422mm77°升程是 11.7854mm 175°升程是 7.1762mm 273°升程是 2.2924mm78°升程是 11.7599mm 176°升程是 7.1263mm 274°升程是 2.2425mm79°升程是 11.7334mm 177°升程是 7.0765mm 275°升程是 2.1927mm80°升程是 11.7056mm 178°升程是 7.0266mm 276°升程是 2.1429mm81°升程是 11.6768mm 179°升程是 6.9768mm 277°升程是 2.093mm82°升程是 11.6468mm 180°升程是 6.927mm 278°升程是 2.0432mm83°升程是 11.6157mm 181°升程是 6.8771mm 279°升程是 1.9934mm84°升程是 11.5835mm 182°升程是 6.8273mm 280°升程是 1.9435mm85°升程是 11.5501mm 183°升程是 6.7775mm 281°升程是 1.8937mm86°升程是 11.5156mm 184°升程是 6.7276mm 282°升程是 1.8439mm87°升程是 11.4799mm 185°升程是 6.6778mm 283°升程是 1.794mm88°升程是 11.4431mm 186°升程是 6.628mm 284°升程是 1.7442mm89°升程是 11.4052mm 187°升程是 6.5781mm 285°升程是 1.6944mm90°升程是 11.3661mm 188°升程是 6.5283mm 286°升程是 1.6445mm91°升程是 11.3259mm 189°升程是 6.4785mm 287°升程是 1.5947mm92°升程是 11.2846mm 190°升程是 6.4286mm 288°升程是 1.5449mm93°升程是 11.2422mm 191°升程是 6.3788mm 289°升程是 1.495mm94°升程是 11.1986mm 192°升程是 6.329mm 290°升程是 1.4452mm95°升程是 11.1538mm 193°升程是 6.2791mm 291°升程是 1.3954mm96°升程是 11.108mm 194°升程是 6.2293mm 292°升程是 1.3455mm97°升程是 11.061mm 195°升程是 6.1795mm 293°升程是 1.2957mm98°升程是 11.0128mm 196°升程是 6.1296mm 294°升程是 1.2459mm99°升程是 10.9636mm 197°升程是 6.0798mm 295°升程是 1.196mm100°升程是 10.9137mm 198°升程是 6.03mm 296°升程是 1.146mm101°升程是 10.8639mm 199°升程是 5.9801mm 297°升程是 1.0964mm102°升程是 10.8141mm 200°升程是 5.9303mm 298°升程是 1.0465mm103°升程是 10.7642mm 201°升程是 5.8805mm 299°升程是 0.9967mm104°升程是 10.7144mm 202°升程是 5.8306mm 300°升程是 0.9475mm
105°升程是 10.6646mm 203°升程是 5.7808mm 301°升程是 0.8995mm106°升程是 10.6147mm 204°升程是 5.731mm 302°升程是 0.8528mm107°升程是 10.5649mm 205°升程是 5.6811mm 303°升程是 0.8073mm108°升程是 10.5151mm 206°升程是 5.6313mm 304°升程是 0.7631mm109°升程是 10.4652mm 207°升程是 5.5815mm 305°升程是 0.7201mm110°升程是 10.4154mm 208°升程是 5.5316mm 306°升程是 0.6784mm111°升程是 10.3656mm 209°升程是 5.4818mm 307°升程是 0.6379mm112°升程是 10.3157mm 210°升程是 5.4319mm 308°升程是 0.5986mm113°升程是 10.2659mm 211°升程是 5.3821mm 309°升程是 0.5606mm114°升程是 10.2161mm 212°升程是 5.3323mm 310°升程是 0.5239mm115°升程是 10.1662mm 213°升程是 5.2824mm 311°升程是 0.4884mm116°升程是 10.1164mm 214°升程是 5.2326mm 312°升程是 0.4541mm117°升程是 10.0666mm 215°升程是 5.1828mm 313°升程是 0.4211mm118°升程是 10.0167mm 216°升程是 5.1329mm 314°升程是 0.3893mm119°升程是 9.9669mm 217°升程是 5.0831mm 315°升程是 0.3588mm120°升程是 9.917mm 218°升程是 5.0333mm 316°升程是 0.3295mm121°升程是 9.8672mm 219°升程是 4.9834mm 317°升程是 0.3015mm122°升程是 9.8174mm 220°升程是 4.9336mm 318°升程是 0.2747mm123°升程是 9.7675mm 221°升程是 4.8838mm 319°升程是 0.2492mm124°升程是 9.7177mm 222°升程是 4.8339mm 320°升程是 0.2249mm125°升程是 9.6679mm 223°升程是 4.7841mm 321°升程是 0.2018mm126°升程是 9.618mm 224°升程是 4.7343mm 322°升程是 0.18mm127°升程是 9.5682mm 225°升程是 4.6844mm 323°升程是 0.1595mm128°升程是 9.5184mm 226°升程是 4.6346mm 324°升程是 0.1402mm129°升程是 9.4685mm 227°升程是 4.5848mm 325°升程是 0.1221mm130°升程是 9.4187mm 228°升程是 4.5349mm 326°升程是 0.1053mm131°升程是 9.3689mm 229°升程是 4.4851mm 327°升程是 0.0897mm132°升程是 9.319mm 230°升程是 4.4353mm 328°升程是 0.0754mm133°升程是 9.2692mm 231°升程是 4.3854mm 329°升程是 0.0623mm134°升程是 9.2194mm 232°升程是 4.3356mm 330°升程是 0.0505mm135°升程是 9.1695mm 233°升程是 4.2858mm 331°升程是 0.0399mm136°升程是 9.1197mm 234°升程是 4.2359mm 332°升程是 0.0305mm137°升程是 9.0699mm 235°升程是 4.1861mm 333°升程是 0.0224mm138°升程是 9.02mm236°升程是 4.1363mm 334°升程是 0.0156mm139°升程是 8.9702mm 237°升程是 4.0864mm 335°升程是 0.01mm140°升程是 8.9204mm 238°升程是 4.0366mm 336°升程是 0.0056mm141°升程是 8.8705mm 239°升程是 3.9868mm 337°升程是 0.0025mm142°升程是 8.8207mm 240°升程是 3.9369mm 338°升程是 0.0006mm143°升程是 8.7709mm 241°升程是 3.8871mm 339°升程是 0mm144°升程是 8.721mm 242°升程是 3.8372mm 340°升程是 0mm145°升程是 8.6712mm 243°升程是 3.7874mm 341°升程是 0mm146°升程是 8.6214mm 244°升程是 3.7376mm 342°升程是 0mm147°升程是 8.5715mm 245°升程是 3.6877mm 343°升程是 0mm
148°升程是 8.5217mm 246°升程是 3.6379mm 344°升程是 0mm149°升程是 8.4718mm 247°升程是 3.5881mm 345°升程是 0mm150°升程是 8.422mm 248°升程是 3.5382mm 346°升程是 0mm151°升程是 8.3722mm 249°升程是 3.4884mm 347°升程是 0mm152°升程是 8.3223mm 250°升程是 3.4386mm 348°升程是 0mm153°升程是 8.2725mm 251°升程是 3.3887mm 349°升程是 0mm154°升程是 8.2227mm 252°升程是 3.3389mm 350°升程是 0mm155°升程是 8.1728mm 253°升程是 3.2891mm 351°升程是 0mm156°升程是 8.123mm 254°升程是 3.2392mm 352°升程是 0mm157°升程是 8.0732mm 255°升程是 3.1894mm 353°升程是 0mm158°升程是 8.0233mm 256°升程是 3.1396mm 354°升程是 0mm159°升程是 7.9735mm 257°升程是 3.0897mm 355°升程是 0mm160°升程是 7.9237mm 258°升程是 3.0399mm 356°升程是 0mm161°升程是 7.8738mm 259°升程是 2.9901mm 357°升程是 0mm162°升程是 7.824mm 260°升程是 2.9402mm 358°升程是 0mm163°升程是 7.7742mm 261°升程是 2.8904mm 359°升程是 0mm本发明所述的对应凸轮推程段ab中的柱塞从动件等速段的等速形线是电控高压柴油机单体泵的工作供油段。将单体泵的工作供油段设计在等速段，是因为在相同的供油速率下，通过ECU(8)操纵电磁阀(7)的开闭时间可准确调节控制供油量，从而达到控制喷油量和喷油压力的目的。
为避免凸轮形线过大和凸轮轴惯性变大，造成电机的启动力矩过大，影响发动机的性能和避免速度的突变对凸轮机构产生很大的刚性冲击。在等速段的前后分别设计有匀变加速段和等减速段。而通过匀变加速和等减速过渡对凸轮机构仅产生有限的柔性冲击。此外，我们还可以对这三种运动形式的过渡点进行改性处理，使加速度实现光滑过渡，消除冲击力。当然，在等速段的前后还可以采用其他运动形式来过渡，例如等加速、等减速或者简谐运动规律。本发明推程段中采用的匀变加速形线使凸轮柱塞从动件产生的匀变加速形运动形式可使柱塞在较短的时间内达到需要的供油速度和大的供油量。快的柱塞上升速度有利于减少凸轮的推程角，增加单体泵的喷油压力，但是柱塞的上升速度又不能太快，否则会形成曲率半径太小的凹面凸轮而增大加工难度。
本发明凸轮形线的回程段采用等减速-等速-等加速形线使凸轮柱塞从动件产生的等减速-等速-等加速运动形式是为了便于单体泵匹配出符合电磁阀最小升程要求的柱塞回程角速率。凸轮最高点到凸轮基圆段之间长而缓的回程段可足以保证在电磁阀开启时间内使单泵体“吸”油充分，且不至于在柱塞腔内产生“汽蚀”。
在图2中，单体泵1的滚轮2与单体泵凸轮3为对心式的线接触。凸轮轴11随发动机高速转动带动滚轮2及挺杆4运动，进而带动高压柱塞5克服高压弹簧6作直线往复运动，使高压油路中产生1200～1400bar的高压燃油；其上的高速强力电磁阀7通过ECU8精确控制高压燃油的喷油量和喷射定时。高压燃油经过高压油路9进入喷油器1，在汽缸中产生预喷和喷射。
图3、图4描述了由凸轮全高12，凸轮纵向中心线13，横向中心线14，凸轮轴线19，凸轮增压段16，减压段17，基圆段18，根据凸轮柱塞从动件的运动规律函数平滑过渡的凸轮形线构成的凸轮。其中单体泵轴线15与凸轮的纵向中心线13重合，增压段16和减压段17的角度为锐角，圆弧段18过渡于增压段与减压段之间。
本发明特别适用于四缸电控高压柴油发动机。
对于本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所限定的构思和范围。比如所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的圆弧过渡回程缓冲形线，可以制成是向外凸出的圆弧过渡回程缓冲形线，但这样形成的凸轮会可能会使单体泵和整个电喷系统结构变大。
权利要求
1.一种电控高压柴油机单体泵凸轮形线，包括凸轮基圆，凸轮全高、凸轮宽度，其特征在于由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与桃形大致相同的形状，所述的凸轮轮线的最高点a至回程段b之间设有一段向内凹的形线。
2.制作权利要求1所述的凸轮形线的方法，包括以下步骤(a)计算单体泵凸轮每递增一个角度的升程升程；(b)然后选定一个基圆半径或基圆直径的值；(c)再选一个偏心值；(d)根据升程值凸轮柱塞滚伦的大小，按解析法设计凸轮轮廓，采用计算机辅助设计计算和绘出的凸轮轮廓。(e)依据凸轮柱塞从动件规律曲线的匀加速段——加速度均匀减小的加速段——匀速段——加速度均匀增加的减速段——匀减速段的推程段和按凸轮柱塞从动件规律曲线的加速度均匀减小的加速段——匀加速段——匀速段——匀减速段的回程段的对应函数取值组成的平滑曲线；(b)上述凸轮形线各段的运动方程及各点边界条件是 d4sdφ4=0---(φ∈[φ1,φ2]]]>d2sdφ2=0---(φ∈[φ2,φ3]]]>d4sdφ4=0---(φ∈[φ3,φ4]]]>d3sdφ3=0---(φ∈[φ4,φ5]]]>d4sdφ4=0---(φ∈[φ5,φ6]]]>d3sdφ3=0---(φ∈[φ6,φ7]]]>d2sdφ2=0---(φ∈[φ7,φ8]]]>d3sdφ3=0---(φ∈[φ8,φ9]]]>当φ＝0时，s＝0，dsdφ=0]]>当φ＝φ5时，dsdφ=0]]>当φ＝φ9时，s＝0，dsdφ=0]]>当φ＝φ5时，s＝12mm除φ＝φ7和φ＝φ8外，其余各边界点的s， 连续φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ6、φ7、φ8、φ9的值依次为23.5°、24°、43°、43.5°、58.5°、59°、99°、299°、339°。
3.按权利要求2所述的凸轮形线的方法，其特征在于所述的单体泵凸轮柱塞从动件的运动规律主要包括柱塞位移曲线，柱塞速度曲线，柱塞加速度曲线推程段形线。
全文摘要
本发明公开了一种电控高压柴油机单体泵的凸轮形线。包括凸轮基圆，凸轮全高、凸轮宽度，由凸轮推程段ac、回程段cb围成的凸轮轮廓形线投影呈与心桃大致相同的形状。按本发明凸轮形线设计的单体泵凸轮形线最高点a至回程段b之间设置向内凹的线段。不仅可以大大减小整个电喷系统的体积，而且能够提高柱塞上升速度。凸轮升程曲线合理准确地解决了电控高压柴油机单体泵要求柱塞上升速度快，具有保压时间长、单缸功率大、效率高、噪音小等优点。特别适用于四缸电控高压柴油发动机。
文档编号F02M59/10GK1696493SQ200410081419
公开日2005年11月16日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者吴波, 唐仁宏 申请人:成都威特电喷有限责任公司