CN101451580B - 连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连接装置，具体公开一种用于分立直列式发动机(1)的连接装置(2)，其适于连接所述发动机的曲轴(3)的第一部件(4)和曲轴(3)的第二部件(5)，其中所述连接装置(2)位于所述曲轴(3)的主轴承(8)的位置，这样所述连接装置(2)由所述主轴承(8)环绕。本发明的连接装置的益处在于相同的马达体可用于具有单件曲轴或分立曲轴的发动机。

Description

连接装置

【技术领域】

本发明涉及一种用于分立发动机设计中的连接装置。

【背景技术】

汽车燃料的增长的成本和面临的短缺使得汽车工业将改进机动车辆的燃料经济性作为一个目标。内燃发动机技术已经作了数种不同改进以将燃料经济性最大化。在这些改进中有不同的喷射技术、不同的点火技术以及发动机涡轮增压。另一个用于减少燃料消耗的改进是能够在不需要发动机完全动力时(例如在高速公路上巡航时)停用一些汽缸，以及在需要更多动力时(例如当加速或爬坡时)使用全部的汽缸的内燃发动机的开发。

使用这种类型技术的发动机经常称之为可变排量发动机(VDE)。在这种发动机中，停止供应燃料给将要停用的汽缸。在燃料供应停止的同时，这些汽缸的进气门和排气门可保持开放或关闭。利用关闭的气门，发动机将进行会导致所谓的NVH(噪音、振动和粗糙度)问题的内部压缩做功。这类问题的程度取决于发动机转速。在高发动机转速情况下，NVH问题较少会引起注意，因此关闭的气门技术可用于高发动机转速。在低发动机转速情况下，关闭的气门技术不实用。利用开放的气门的一个问题是会将冷空气泵送入排气系统，其会以不利的方式影响催化剂的三元转化。

VDE发动机技术的另一个不足之处为停用的汽缸的活塞仍然与连杆和曲轴一起移动，由于发动机的内部摩擦这将导致动力损失。VDE发动机技术的再一个不足之处是扭矩波动会增加，相比于相同的以全部汽缸运行的发动机，具有更高的最大峰值扭矩和更多的零扭矩通道。

早期已经公开了多汽缸内燃发动机的不同的专门的改进用于获得各种结果。在例如公开号为US 4170970，US 4470379，US 5732668和US 6205972的美国专利中已经描述了相对于其余汽缸使用两个或更多分立曲轴作用于一些汽缸。然而，所述分立曲轴总体上同步运行，没有以选择性替代方式实现除了燃料经济性外的结果。公开号为US7080622的美国专利披露了一种分立发动机，其中分开的曲轴采用了安置在临近轴承之间的超越离合器。公开号为US 4069803的美国专利披露了一种带有位于临近轴承之间的曲轴离合器装置的分立发动机。该离合器包含带有同步齿的液压驱动锥形离合器。

这些解决方案可用于一些应用中，但它们也显示了一些不足之处。一个不足之处为在临近的汽缸之间需要额外的空间。因此有改进的空间。

【发明内容】

因此，本发明的目的是提供一种用于分立的尺寸紧凑的直列式发动机的连接装置。

因此解决了这样一个问题：即提供了在分立直列式发动机中用于连接分开的曲轴的连接装置，而无需增加发动机的总体长度。

根据本发明的问题的解决方案在权利要求1的特征部分中作了描述。权利要求2至14包含了该连接装置的有益实施例。权利要求15包含了一种有益的发动机。

利用用于分立直列式发动机的连接装置，其适于连接发动机曲轴的第一部件和发动机曲轴的第二部件，本发明实现了将连接装置置于曲轴主轴承位置以便于连接装置由主轴承包围的目的。

根据本发明连接装置的第一实施例，提供了一种在发动机主轴承的相同位置取代常规主轴承的连接装置。这样的益处在于相同的马达模块可用于具有单件曲轴的常规发动机和具有分立的、两件式曲轴的发动机。由此得以实现一种分立发动机的节约成本的生产方式。这也有助于车辆内的发动机封装，因为分立的发动机具有与常规发动机相同的尺寸。这特别有益于分立发动机的早期生产，此时分立发动机和常规发动机同时在相同的生产设备上制造。就更大的范围而言，分立的发动机可包含两个分离的较小发动机。

在本发明的一个有益改进之中，连接装置适合用于具有汽缸间相等距离的发动机。这允许使用如同常规发动机中所用的相同的马达模块。

在本发明的一个有益改进之中，连接装置位于中央主轴承处。这样做的益处在于发动机为对称分立发动机。

在本发明的另一个有益改进之中，连接装置包含离合器。这样的益处在于连接装置可以容易地接合或脱离。当离合器用于两个曲轴部件的同步时，两个部件的旋转速度和两个部件之间的相对位置不必完全相同。离合器在其将两个曲轴部件锁定在一起之前允许并且会补偿速度和/或位置间的微小差别。在一个实施例中，离合器为超越离合器。在另一个实施例中，离合器包含花键，其将仅在两个曲轴部件的旋转速度相同时接合。

在本发明的又一个有益改进之中，离合器包含锁定机构。这样的益处在于提供了曲轴部件之间的固定连接，避免了离合器中的滑动。在一个实施例中，锁定机构为液压型。

在本发明的又一个有益改进之中，发动机的第二部分由连接至曲轴第二部件的起动马达起动。这样的益处在于当起动发动机的第二部分时不必使用连接装置将没有运行的发动机第二部分连接至运行的发动机第一部分。这会减少连接装置的磨损并简化连接装置。

在本发明的又一个有益改进之中，发动机的第一部分由连接至曲轴的第二部件并由此连接至发动机第二部分的起动马达起动。由于在发动机运行前发动机的第一部分和第二部分均处于静止，连接装置可容易地连接曲轴的第一和第二部件而没有任何额外磨损。这样的益处是仅需要一个起动马达，且该起动马达可用于起动发动机的第一部分和单独起动发动机的第二部分。一旦发动机运行，如果发动机的第一部分传递的动力达到了车辆动力需求，连接装置脱离。

在本发明的又一个有益改进之中，发动机所有主轴承为相同类型。这减少了发动机所需的零件数。

在本发明的又一个有益改进之中，发动机所有主轴承具有相同的尺寸。这进一步减少了发动机所需的零件数。

在本发明的又一个有益改进之中，离合器适于使曲轴第一部件和曲轴第二部件在一个预定位置中同步。这样的益处在于可以尽可能地优化和减少加于曲轴系统上的载荷。加于曲轴上的载荷由发动机燃烧所导致。通过使用一个预定同步位置，对于具有单件曲轴的发动机，弯曲载荷和因此的主轴承上的载荷可以相同。

在本发明的又一个有益改进之中，离合器适于在三个位置上使曲轴的第一部件和曲轴的第二部件相同步。这样，曲轴的两个部件的同步可较单个位置的更快。取决于点火周期，加于轴承上的载荷可能更为不利。利用适当轴承设计可以补偿这种载荷。

在发动机的第一实施例中，发动机包含本发明的连接装置。这样，提供了一种具有一个马达模块但具有不同曲轴方案的发动机类型。这使得生产过程有效率。

下文中将参考附图中所示的实施例进一步详细描述本发明。

【附图说明】

图1显示了带有根据本发明的连接装置的发动机示意图。

图2显示了根据本发明的连接装置的第一实施例。

图3显示了根据本发明的连接装置的第二实施例。

图4显示了根据本发明的连接装置的第三实施例。

【具体实施方式】

带有如下文描述的进一步改进的本发明实施例应仅视为例子，而绝非用于限定本申请的权利要求所提供的保护范围。

图1显示了带有根据本发明的连接装置的发动机示意图。发动机1包含曲轴3，其通过主轴承6、7、8、9、10利用油润滑的滑动轴承轴颈连接在发动机的汽缸体50上。曲轴进一步包含在发动机尾端上的驱动未显示的第一凸轮轴的齿轮13，以及在发动机前端上的驱动未显示的第二凸轮轴的齿形轮14，该第一凸轮轴通过齿轮装置包含在第一汽缸盖51中，该第二凸轮轴通过驱动带包含在第二汽缸盖52中。曲轴还可进一步包含推力滚子轴承用于承担推力载荷。曲轴以已知方式连接至变速箱11。

曲轴3分为两个部分，第一部件4和第二部件5。曲轴3的第一部件4由主轴承6、7、8轴颈连接，以及曲轴3的第二部件5由主轴承9、10以及在该曲轴第一部件中的轴承装置轴颈连接。曲轴3进一步包含本发明的连接装置2，其位于曲轴3的第一部件4和第二部件5之间并连接第一部件4和第二部件5。曲轴3的第一部件4驱动第一汽缸组的活塞53，即发动机的第一部分，曲轴3的第二部件5驱动第二汽缸组的活塞54，即发动机的第二部分。适于控制第一汽缸组的气门的第一凸轮轴由曲轴的第一部件4驱动。适于控制第二汽缸组的气门的第二凸轮轴由曲轴的第二部件5驱动。这样，每个汽缸组的气门总是与曲轴保持一致，由此与同一汽缸组的活塞保持一致。这有助于汽缸组的同步。

在这个例子中的发动机为直列四缸式发动机，但本发明也适用于其它类型的使用分立发动机技术的发动机，例如六缸或八缸直列式发动机和V型发动机。分立发动机有益于均衡性，即汽缸数可以分为相等的数字，但似乎也可以将例如一个五缸发动机分为具有三个汽缸的一部分和具有两个汽缸的一部分。

本发明的连接装置2位于中央主轴承8的位置。该连接装置集成于曲轴体当中，将第一部件4和第二部件5隔开，并被主轴承7环绕。通过将该连接装置装入曲轴，提供了一种紧凑的解决方案，其中可使用与带有常规曲轴的发动机中同样的发动机体。在具有常规单件曲轴的常规发动机中，汽缸间的间隔基本上相同。由于本发明的连接装置适合位于主轴承上，这样连接装置旁的两个汽缸间的距离与常规发动机的相同，没有必要改变发动机体的长度尺寸。汽缸间的相同距离由此可用于包含本发明的连接装置的发动机。这允许了一种节约成本的解决方案，其使用基本上相同的发动机部件，并且可在与带有常规单件式曲轴的发动机相同的装配线上进行装配。因此可以在车辆上使用相同的发动机封装，而将使用特殊部件的需求减至最小。

连接装置用于控制发动机的一个汽缸体。当需要发动机大动力输出时，发动机的所有汽缸被激活，即连接装置被激活。可在需要大于大约一半发动机动力时完成激活所有汽缸。当连接装置被激活时，曲轴3的第一部件4和第二部件5通过连接装置固定地相互连接，且曲轴作为常规单件曲轴作用。

另一方面，如果发动机的中到低动力输出足以驱动车辆，例如当在高速公路上巡航时或在排队空转时，通过停用连接装置来停用发动机的一些汽缸。可在需要少于大约一半发动机动力时完成停用连接装置。在该例子中，两个汽缸被停用。优选地，停用发动机的一半汽缸，但其它数量也可以。通过停用连接装置停用第二汽缸组，这样曲轴的第二部件不再旋转从而不再驱动第二汽缸组的活塞。由于第二凸轮轴直接连接至曲轴的第二部件，凸轮轴将会同时停止。同时，车辆的控制系统，例如发动机控制单元停止向第二汽缸组的喷射系统供应燃料。这样，第二汽缸组完全与发动机的运行部分即第一汽缸组分离。

停用连接装置可在发动机低动力输出已足够时的任何时间实施。停用发动机一部分的有益之处在于剩余的部分必须以高发动机载荷驱动来提供相同的发动机输出，在这种情况下发动机具有更高的燃料经济性。停用连接装置可在需要小于一半发动机动力时完成，但也可能在其它动力级别上完成。激活/停用连接装置更适宜带有预定量的滞后，以便于激活/停用仅会在需要时完成，以及以便于阻止不必要的激活/停用。所选择的滞后可取决于例如发动机转速和/或发动机转速变化率。也可以使用用于滞后和用于激活/停用程度的适应函数，其中该函数考虑了驾驶者的驾驶方式。

必须以受控方式实施激活第二汽缸组。这可通过在激活连接装置前使曲轴的第一部件与曲轴的第二部件同步来完成。完成第一部件和第二部件的同步以便于将第二部件的旋转速度提至与曲轴第一部件旋转速度基本上相同。当两部分的旋转速度基本上相同时，连接装置被激活。连接装置包含锁定装置，以便于当两部分之间达到预定的相对位置时，连接装置被锁定在固定位置上，保持第一和第二部分处于固定的相对位置。

连接装置可以多种方式控制。在该实施例中，连接装置通过液压油压力激活和停用。由车辆控制单元控制的电控阀开启和关闭连接该连接装置与液压源的油路。可替代地，控制单元启动和停止供应油压力给连接装置的小型液压泵。也可在连接装置中使用电磁离合器以直接电力控制连接装置。

曲轴第一部件与曲轴第二部件的同步通过旋转第二部件完成。当该同步将要完成时，发动机的第一部分以及由此曲轴的第一部件旋转。曲轴的第二部件的旋转可通过与第一汽缸组相独立地驱动第二汽缸组完成。第二汽缸组由外部动力源起动，例如起动马达17。在一个实施例中，起动马达通过与曲轴相集成的第一齿轮15和连接于起动马达并运行于第一齿轮上的第二齿轮16连接于曲轴的第二部件。在另一个实施例中，起动马达通过与曲轴相集成的链轮连接于曲轴的第二部件。这样，使用起动马达起动发动机的第二部分。

如果将使用连接装置驱动发动机的第二部分，会对连接装置有很大的要求。为了经受住每次第二部分被启动时的滑动力，需要有大于常规离合器的滑动连接装置。

当开始同步时，供应动力给旋转曲轴的第二部分的起动马达。同时，车辆的控制装置，例如发动机控制单元，启动给第二汽缸组的喷射系统的燃料供应，并启动第二汽缸组的点火系统。因此将与已经在运行的发动机的第一部分相独立地起动发动机的第二部分。当发动机的第二部分以与发动机第一部分大约相同的速度运行时，激活连接装置。连接装置取决于类型将会接合，但离合器的两个相应部分会彼此相对有些滑动直至达到同步位置。当达到同步位置时，锁定装置将离合器的两个相应部分互相锁定，由此在曲轴的第一和第二部件之间形成刚性连接。发动机此时将作为具有单件曲轴的常规发动机运作，并由此能够传送全部动力输出。锁定功能是必要的，因为其允许曲轴的第一和第二部件以刚性方式连接。这是因为加于曲轴上的扭矩和因此加于连接装置上的扭矩在发动机一个完整的点火周期内均为正向和负向的事实。没有两个曲轴部件间的刚性连接，发动机将会因为这些不规则而发出噪音并会振动。

曲轴第二部件的旋转可由传感器测量，该传感器或者位于曲轴的第二部件处或者位于第二凸轮轴处。同样的，曲轴第一部件的旋转可由传感器测量，该传感器或者位于曲轴的第一部件处或者位于第一凸轮轴处。所测量的旋转给出了旋转速度和曲轴每个部件位置的信息。旋转速度和/或部件位置可用于协助各部件的同步。

两个部件的同步可在不同的相对位置实施，因为每个部件使用其各自的凸轮轴。这样，在一个实施例中，同步在一个位置完成。在该位置处，曲轴的两个部件以与单件曲轴相同的方式保持一致。对于来自燃烧的加于曲轴上的载荷，这种同步两个部件的方式是最优选的。在其他实施例中，对于具有3的倍数个汽缸的发动机，例如对于六缸发动机，也可使用三个不同的同步位置。这样两个部件偏差为0°、120°或240°。为了获得这些位置，锁定装置可装配有三个锁定位置。取决于连接装置中所用的轴承类型，这种实施例也会工作得很好。

发动机的第一部分或整个发动机也可通过连接于曲轴第二部件的起动马达起动。这在发动机没有运行时完成。通过接合该连接装置，曲轴的第一和第二部件固定地连接，且因此作为常规曲轴运作。当起动马达旋转时，整个发动机会旋转且发动机可作为常规发动机被起动。由于发动机的第一部分和第二部分在发动机运行前保持静止，连接装置可以容易地接合曲轴的第一和第二部件而没有任何额外的磨损。如果在发动机运行时动力需求很大，连接装置将持续接合直至动力需求降低。当不需要两个汽缸组时，连接装置脱离且发动机的第二部分会停止。通过将起动马达置于发动机第二部分，对于发动机的两个部分而言仅需要一个起动马达。

图2显示了本发明的连接装置的一个实施例。在该实施例中连接装置包含超越型的离合器20。离合器包含外圈21和内圈22。外圈21安装于曲轴第一部件上的圆孔25内，内圈22安装于曲轴第二部件的中心榫26上，离合器20位于其间。内圈以按压配合方式安装，减少了运转和热膨胀问题。离合器取决于例如通过油路来自车辆控制单元的控制信号由开启和关闭离合器的气门控制。在该实施例中，连接装置进一步包含适于承担径向载荷的轴承24，因为一些超越离合器不承担任何径向载荷。轴承24优选为滚子轴承。超越离合器包含将离合器锁定于预定同步位置的锁定装置。当曲轴的第二部件以与曲轴第一部件相同的速度旋转时超越离合器接合。为避免由于发动机燃烧导致的扭矩波动，锁定装置是必需的。由于具有少的汽缸个数(例如两个或三个)的发动机在一个燃烧周期的部分时期会显示出负扭矩，锁定超越离合器对于避免扭矩波动影响离合器的性能是必要的。

图3显示了本发明的连接装置的另一实施例。连接装置在该实施例中包含超越型的离合器30。离合器包含外圈31和内圈32。外圈31安装于曲轴第一部件上的圆孔35内，内圈32安装于曲轴第二部件的内套管36上，离合器30位于其间。内套管36依次安装至轴承34，轴承34安装于曲轴第一部件的中心榫37上。内套管以按压配合方式安装，减少了运转和热膨胀问题。离合器取决于例如通过油路来自车辆控制单元的控制信号由开启和关闭离合器的气门控制。在该实施例中，轴承8和34将承担加于连接装置的径向载荷。超越离合器包含将离合器锁定于预定同步位置的锁定装置。当曲轴的第二部件以与曲轴第一部件相同的速度旋转时超越离合器接合。为避免由于发动机燃烧导致的扭矩波动，锁定装置是必需的。由于具有少的汽缸个数(例如两个或三个)的发动机在一个燃烧周期的部分时期会显示出负扭矩，锁定超越离合器对于避免扭矩波动影响离合器的性能是必要的。

图4显示了本发明的连接装置的又一实施例。连接装置在该实施例中包含离合器40，其具有带有花键42的第一圆形部分43，和同样带有相应花键42的第二圆形部分44。第一圆形部分43安装于曲轴第一部件的圆孔45上，第二圆形部分44安装于曲轴第二部件上。离合器包含适于接合第一和第二部分的花键42的同步环41。同步环41应用于离合器的第一部分43上。连接装置进一步包含适于承担加于离合器上的径向载荷的轴承47。

当发动机的第二部分以与发动机第一部分基本相同的速度运转时，离合器例如通过油路施加油压力接合。将同步环41推向离合器的第二部分，当花键的位置彼此相对应时，同步环将滑至离合器第二部份的花键之上，由此在曲轴的第一部分和第二部分之间形成固定的连接。

为确保同步环在正确的同步位置接合，曲轴的第一和第二部件的位置可通过旋转位置传感器测量，通过这些测量措施可以确定同步环为了接合的确切移动。另一种确保正确的同步位置的方法为使用特殊的花键样式，例如通过提供一个较其他花键更宽的花键。这样，同步环仅可在预定位置滑至离合器的第二部分花键之上。

这里描述了不同的可用于本发明连接装置的离合器。应理解的是其他类型的离合器也可使用。

本发明不应理解为仅限定于上文所描述的实施例，在本发明权利要求范围内可有许多其他的变化和修改。在一个例子中，发动机可使用多于一个的本发明的连接装置，例如，可使用两个连接装置来将一个6缸发动机分为三部分。

附图标记：

1：发动机

2：连接装置

3：曲轴

4：曲轴的第一部件

5：曲轴的第二部件

6：主轴承

7：主轴承

8：主轴承

9：主轴承

10：主轴承

11：变速箱

13：齿轮

14：齿形轮

15：第一齿轮

16：第二齿轮

17：起动马达

20：离合器

21：外圈

22：内圈

24：轴承

25：圆孔

26：中心榫

30：离合器

31：外圈

32：内圈

34：轴承

35：圆孔

36：套管

37：中心榫

40：离合器

41：同步环

42：花键

43：离合器第一部分

44：离合器第二部分

45：圆孔

47：轴承

50：发动机体

51：第一汽缸盖

52：第二汽缸盖

53：第一汽缸组的活塞

54：第二汽缸组的活塞

Claims (13)

1.一种用于分立直列式发动机(1)的连接装置(2)，所述连接装置(2)适于连接所述发动机的曲轴(3)的第一部件(4)和曲轴(3)的第二部件(5)，其中所述连接装置(2)位于所述曲轴(3)的主轴承(8)的位置，这样所述连接装置(2)由所述主轴承(8)环绕，所述连接装置(2)包含离合器(20、30、40)，所述离合器适于使所述曲轴(3)的所述第一部件(4)和所述曲轴(3)的所述第二部件(5)同步，所述离合器包含锁定机构以用于当到达同步位置时将所述第一部件(4)锁定到所述第二部件(5)，当在包括所述曲轴(3)的所述第一部件(4)的所述发动机的已经在运行的第一部分与包括所述曲轴(3)的所述第二部件(5)的马达的停用部件之间开始同步时，所述发动机的所述第二部分由连接于所述曲轴(3)的第二部件(5)的起动马达(17)起动。

2.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述连接装置(2)适用于汽缸间具有相等距离的发动机。

3.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述主轴承(8)为中央主轴承。

4.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述离合器为超越离合器(20、30)。

5.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述离合器(40)包含花键(42)。

6.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述锁定机构为液压型。

7.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于所述发动机的第一部分当所述连接装置(2)接合时由连接至所述曲轴的第二部件(5)的起动马达(17)起动。

8.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于所述发动机的所有主轴承(6、7、8、9、10)为相同类型。

9.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于所述发动机的所有主轴承(6、7、8、9、10)具有相同尺寸。

10.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于所述离合器适于使所述曲轴(3)的所述第一部件(4)和所述曲轴(3)的第二部件(5)在一个预定位置中相同步。

11.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于所述离合器适于使所述曲轴(3)的所述第一部件(4)和所述曲轴(3)的第二部件(5)在三个预定位置中相同步。

12.包含根据权利要求1至11中任一项所述的连接装置的发动机。

13.包含根据权利要求12所述的发动机的车辆。