[发明专利]四冲程单缸柴油机用凸轮轴改装为六冲程用凸轮轴的方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机领域，涉及六冲程单缸柴油机，具体涉及一种四冲程单缸柴油机用凸轮轴改装为六冲程用凸轮轴的方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益严重，世界各国都致力于研发提高能源利用率和减少排放的技术。随着全球汽车保有量的持续增加，汽车已成为能源消耗和环境污染的主要承担者之一。内燃机的热效率最高也只在40%左右，近2/3的热量被冷却系统和废气带走。因此，充分利用冷却系统和废气热量是提高发动机热效率的发展方向。

四冲程发动机的特点是：（1）曲轴与凸轮轴转速比为2:1；（2）一个工作循环喷油、进气、排气各一次。与四冲程相比，六冲程柴油机在三个方面对提高有效热效率有积极的作用：①回收了部分冷却水的热量；②吸收了大量的废气内能；③第六冲程排气后缸内温度低，有利于充气效率的提高，进而有利于提高燃烧效率。但是，其在四个方面存在着降低有效热效率的可能：①水泵系统需要驱动，能量必需由发柴油动机提供；②一个工作循环多了两个冲程，柴油机内部摩擦损失必然增加；③第四个冲程部分排气与二次压缩中的二次压缩负功需要消耗能量；④增加了一次部分排气过程，泵气损失增加。

目前一些文献公开了六冲程单缸柴油机的工作原理。由于一个工作循环有六个冲程，喷油和喷水各一次，进气一次，因此在一根凸轮轴的前提下，曲轴和凸轮轴的转速为3:1。但是六冲程发动机包含了两次排气过程（第一次为部分排气），因此，实现六冲程工作原理的关键技术在于凸轮轴的结构，尤其是排气凸轮的结构。而目前这些文献全集中于六冲程发动机的工作原理，没有针对凸轮轴的结构、部分排气的排气门关闭角（直接影响剩余废气质量，进而影响废气所含的内能）作具体说明。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种四冲程单缸柴油机用凸轮轴改装为六冲程用凸轮轴的方法，为六冲程单缸柴油机提供一种凸轮轴，解决六冲程单缸柴油机进排气凸轮及正时齿轮的关键技术问题，在曲轴与凸轮轴转速比为3:1的前提下实现六冲程单缸柴油机工作过程，充分回收废气的热量，提高柴油机的热效率。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种四冲程单缸柴油机用凸轮轴改装为六冲程用凸轮轴的方法，由四冲程单缸柴油机用凸轮轴改装的六冲程用凸轮轴包括凸轮轴主轴，在凸轮轴主轴上固定装配有正时齿轮，正时齿轮将凸轮轴主轴分为动力段和配气段，动力段设置有油泵凸轮，配气段设置有进气凸轮和排气凸轮；

所述的正时齿轮与单缸柴油机的曲轴之间的的转速比为1:3；

所述的动力段还设置有水泵凸轮；

所述的进气凸轮上设置有一个进气凸缘，所述的排气凸轮上设置有第一排气凸缘和第二排气凸缘，所述的进气凸缘、第一排气凸缘和第二排气凸缘均为轴对称结构；

所述的改装方法包括以下步骤：

步骤S1：改装正时齿轮

以四冲程单缸柴油机凸轮轴为基础，将正时齿轮与单缸柴油机的曲轴的转速比确定为1:3；

步骤S2：增加水泵凸轮

在凸轮轴主轴的动力段设置一个结构与油泵凸轮结构相同的水泵凸轮；

步骤S3：确定进气凸轮和排气凸轮的位置

在凸轮轴主轴的配气段与四冲程单缸柴油机凸轮轴上相同的位置处安装有进气凸轮和排气凸轮；

步骤S4：改装进气凸轮的进气凸缘

六冲程单缸柴油机的进气门的进气提前角和进气迟闭角与四冲程单缸柴油机的进气门的进气提前角和进气迟闭角相同，得到进气持续角=进气提前角+进气迟闭角+180°，确定六冲程单缸柴油机凸轮轴的进气凸缘的全包角，进气凸缘的全包角=1/3进气持续角；

六冲程单缸柴油机的进气凸缘的最大升程与四冲程单缸柴油机的进气凸缘的最大升程相同；

步骤S5：改装排气凸轮的第一排气凸缘

根据六冲程单缸柴油机的部分排气及二次压缩冲程，该冲程部分排气无排气提前角，也无排气迟闭角，得到六冲程单缸柴油机凸轮轴的第一排气凸缘的开启角为540°，确定六冲程单缸柴油机凸轮轴的第一排气凸缘的全包角，第一排气凸缘的全包角=1/3部分排气持续角，部分排气持续角的具体设计过程如下所述：

步骤S5-1：确定凸轮型线

根据凸轮的可靠性，从动件正弦加速度运动规律的加速度曲线没有突变，在连续运动中不会产生冲击，能够应用于高速场合，因此采用正弦加速度运动曲线作为凸轮型线，凸轮型线对应的运动方程为：

式中：

Φ为第一排气凸缘的半包角；

h为第一排气凸缘的最大升程；