CN1024706C - 汽车自动空挡节油系统 - Google Patents

Abstract

汽车自动空档节油系统是对汽车构造上的几个部件的综合改革。有自动空档装置的自动空档变速器上安装发电机；油刹车采用无刷带真空泵发电机；气刹车采用大功率发电机、直流电动打气泵；化油器与进气歧管座之间设计节油器等共同配合使用，在保证汽车安全行驶的前提下，实现最大限度地利用下滑力和惯性自动空档熄火滑行。本发明不仅简便了操作少换档，而且能节约大量燃油和延长发动机、离合器、变速器的使用寿命及减少环境污染。

Description

本发明涉及汽车构造上的几个部件的综合改革。确切地说：在变速器第一轴上设计自动空档装置，汽车滑行时能自动实现空档，发动机加油时能自动挂档传递扭矩，并且下长陡坡时能锁止自动空档;把由发动机的转动带动发电机和打气泵一齐转动作功的传动方法，设计成能由汽车的行驶带动发电机和打气泵能根据行车的需要决定是否作功的新传动方法-即将发电机用齿轮传动安装在变速器上，并将现在由发动机直接传动的打气泵设计成直流电动气泵;汽油车在化油器和进气歧管座之间设计节油器，能使汽油车下长陡坡时，发动机气缸不进燃油而能进足量空气。上述三方面系统配合使用，实现汽车既能确保安全行驶，又能最大限度地利用下滑力和惯性实现自动空档熄火滑行。

一般汽车下长陡坡是无法空档熄火滑行的。这是因为，此时若空档熄火滑行，刹车时将缺少真空或压缩空气，又不能利用发动机压缩空气的阻力辅助制动，车辆容易产生加速度行驶，单靠制动鼓刹车来阻止车辆下滑，又会产生高温损坏制动摩擦片，恶性循环后，车辆行驶会越来越快，再也无法抢档，容易造成车毁人亡的重大安全事故。-装有排气制动的柴油车和装有强制怠速节油器的汽油车例外。早先的强制怠速节油器都是一些采用不同方法控制的用针阀切断化油器的怠速供油。最近的发明，如我国专利88102445.7，是一种与点火开关联动的用电磁开关控制的空气阀，车辆强制怠速时，使怠速油道充满空气而切断供油的技术。这些众多的强制怠速节油器虽然能够切断汽油车下长陡坡时的强制怠速供油，但由于此时节气门处于怠速位置，开度很小，因而气缸所进空气量也就很少，所能产生的制动力不大。我国现有汽车中有上述两种装置的极少，因而我国的交通法规明文规定“车辆严禁下坡空档熄火滑行”。在不太陡的道路上行驶时，要想利用空档滑行来节约燃油，驾驶员必须踩离合器，挂变速器空档，滑行终了时，又要重踩离合器，重挂变速档位（没有同步器的车辆此时还需轰空油，变速器才能挂档），即操作繁锁，又加速了离合器和变速器的摩损。特别是空档滑行时，变速器中间轴不运转，若滑行过久时，变速器内部零件润滑状况恶劣，又会加速第二轴前轴承和二轴常啮齿轮轴承及同步器（或滑动齿套）的磨损。在一些短坡路，平缓坡路上因能滑行的路程较短，因而不便滑行。现有的我国专利“车辆滑行器（先前专利为87208316，又经改进后的专利为88220935.3）技术，虽然解决了车辆空档滑行时需重复换档的难题。-本技术有一组（车轮前进行驶或倒退行驶时，各有一个棘爪棘轮式超离合器传动，即由两个单个超越离合器构成一组）棘爪棘轮式的超越离合器装置安装在汽车半轴外端，滑行时车轮能自动脱离汽车的半轴，传递发动机扭短时能够自动结合。但该技术需要的装置个数多（单驱动桥汽车需两组，双驱动桥汽车需四组），成本会 高，特别是该技术不便于驾驶员在驾驶室能根据行驶的道路情况（将下长陡坡时）实行随时锁止超越离合器，因而山区行车不安全。现在汽车上的发电机和打气泵都安装在发动机上，它们的转速随发动机的转速而变化，比如上坡时，打气泵按理可以停止工作但随着上坡时油门开度的增大，打气泵反而加速运转，多余的压缩空气只好靠安全阀排向空间-指未装卸荷松压阀的老式打气泵，有卸荷松压阀的打气泵，此时的高速空转，也会增加其各机件的摩损。下坡若熄火，则刹车气压又不足。夜晚行车，若发动机减速或熄火，灯光则易暗淡。现代汽车空档滑行时，发动机一般是未熄火怠速运转的，特别是柴油汽车，限于熄火滑行后起动困难，很少熄火。发动机长时间怠速运转，不完全燃烧形成的碳颗粒对发动机的汽缸，活塞磨损是很大的，特别是柴油机，此时柴油极易形成碳颗粒，危害就更大。并且此时发动机机油压力低，润滑不良，也增加了发动机的磨损。并且不完全燃烧时排出的废气将更加（相对完全燃烧而言）污染环境。

本发明的目的，是为了克服现在汽车的上述缺陷，提供一种能使汽车最大限度地利用下滑力和惯性自动空档熄火滑行的汽车自动空档节油系统，并能确保行车安全，既能节约燃油和简便操作，又能延长汽车的使用寿命和减少环境污染。

本发明的目的是这样实现的：一种汽车自动空档节油系统，包括新设计自动空档变速器。在保持现在的变速器的齿轮变速的不同速比构造的前提下，加设一套自动空档装置。将现在通用型式的变速器第一轴（即一个零件）分成为新型式的第一轴（1）和被动毂（16）两个零件，互相之间用轴承（10）支承。第一轴（1）的主动部（8）的外圆周有4段缺口，每段缺口安装一个滚柱（7），并有供定位弹片（19）运转的外圆周凹槽（6）。被动毂（16）的被动部位（35）的内圆周有4个凸肩（17），并有安装定位弹片（19）的内圆周凹槽（5），凹槽（5）中有位置对称分成4组的8个铆钉孔（20），4组定位弹片（19）用铆钉（18）固定安装在凹槽（5）中，上述零件构成滚柱式超越离合器。根据超越离合器能并且只能单向传递扭矩的原理可知：发动机加油时，该超越离合器起传递扭矩作用，就把发动机的扭矩由第一轴（1）传给被动毂（16），再由被动毂（16）上的常啮齿轮（9）传给中间轴（图上省略未画），或由直接档花键齿（12）直接传给第二轴（15），这样超越离合器完成了自动挂档功能。汽车下坡滑行或平路上利用高速惯性滑行时，该超越离合器自动分离，被动毂（16）能相对第一轴（1）运转，此时第一轴（1）可以是不运转（指滑行距离较长时，驾驶员操作发动机熄火）或是慢速运转（指滑行距离很短时，发动机怠速运转）。虽然此时驾驶员没有去操纵变速杆放现在通用变速器的速比档位的空档，中间轴也仍然在运转，但是此时车辆滑行已排除了发动机的运转阻力。这样，超越离合器完成了自动换空档的功能。被动毂（16）的被动部位（35）上有外花键齿，配合安装有结合套（3）。第一轴（1）上有锁止花键齿（2）。锁止机构由结合套（3），花链齿（2）和图上未画的结合套拨叉、拨叉轴、拨叉操纵杆等零件构成。-拨叉操纵杆设变速器壳盖上，与壳内的拨叉轴相连，拨叉安装在拨叉轴上，拨叉的叉端松配合在结合套（3）的外圆周凹槽（4）中;由于没有画出整个自动空档变速器，故图上没有;但从结合套（3）上有供结合套拨叉的叉端配合运转用的外圆周凹槽（4），再从现有技术的角度上去设想，是容易理解和实施的。当汽车下长陡坡时，只要驾驶员手动结合套拨叉操纵杆，迫使结合套（3）前移，与锁止花键齿（2）结合，就可以锁止自动空档。就把第一轴（1）和被动毂（16）连成为一个整体，就可利用发动机压缩空气的阻力辅助制动汽车的下滑速度，保证了汽车下长陡坡时能安全行驶。上述超越离合器和锁止机构共同构成自动空档变速器的自动空档装置。

发电机改变型式和安装位置。气刹车功率达到1千瓦或1.3千瓦，油刹车采用现在已有的带真空泵的发电机功率可以不变，一般非动力输出的汽车的发电机用齿轮传动安装在变速器动力输出侧盖部位，并新设计侧盖和传动中间轴和中间轴齿轮。带动力输出的汽车（如翻斗车、自装卸车、起重车……）则把发电机用齿轮传动安装在倒档侧盖部位，同理新设计侧盖和传动中间轴和中间轴齿轮。由于将现在发电机的皮带传动型式改成了齿轮传动型式。应将发电机的皮带轮改成传动齿轮。还应改变发电机前端盖，它和变速器的动力输出侧盖或倒档侧盖配合安装发电机。安装情况类似现在汽车变速器动力输出装置的安装情况，从现有技术角度上设 想，容易理解和实施，故未详述。变速器两种侧盖部位的齿轮传动方向相反，但发电机安装的纵方向相反，因此发电机可以统一设计，只要针对两种不同的侧盖，分别设计不同的中间传动，使发电机传动后的转速一致，齿轮传动比设计必须做到汽车-正常行驶发电机就能满荷发电。

气刹车打气泵设计成直流电动打气泵-即气刹车的汽车有直流电动打气泵，由发电机供电作功。若汽车启步前发动机怠速运转时，储气筒所储气压太低，则由蓄电池短暂供电。启动开关设计在储气筒上，做到所储气压低于安全气压时，打气泵工作电路自动接通，打气泵工作补充气压;所储气压接近最高安全气压（即安全阀即将放气）时，打气泵工作电路自动断开，打气泵停止运转。启动开关的型式可参照现在技术中的压力自控工作电路的开关型式设计即可。为安全起见，仍设安全阀，直流电动打气泵的型式，可参照国内早已有的供汽车轮胎充气用的直流电动打气泵的型式，具体设计成不同车型需要的不同排气量的直流电动打气泵。

汽车下长陡坡时的节油措施：对一小部分柴油汽车的发动机用切断空气供给路熄火的，必须改变这种结构，象大部分柴油汽车一样，把熄火装置设计在高压油泵上，这样驾驶员用前面所述方法锁止变速器自动空档，操纵熄火装置后，发动机虽运转却不进燃油。如图3所示，汽油车在化油器（24）和进气歧管支座（29）之间装节油器（28）。空气滤清器（21）加设支路管（34），用橡胶连接管（33）与节油器（28）相连，形成了一条与化油器（24）的空气通路并联的支路。同上驾驶员锁止变速器自动空档，手动驾驶室内的拉纽，联动节油器开关芯（31）转动90°，开关芯中的通孔由垂直方向转为水平方向，从滤清器（21）进来的空气，不经化油器空气通路，改由支路管（34）流经连接管（33）、节油器进入发动机气缸，这样发动机气缸不进燃油却能进足量空气。

从上述可知，采用本发明技术方案构成的汽车具有下述优点：

一、由于自动空档滑行时能保证灯光，刹车的可靠性，消除了驾驶员为了节约燃油而空档熄火滑行出现的车祸隐患，提高了汽车行车的安全性。特别是下长陡坡时，发动机压缩足量空气的阻力较大，对行驶的汽车的牵阻制动力较强，进一步避免了汽车下长陡坡时车毁人亡事故的发生。

二、由于自动空档滑行不需要驾驶员去操纵变速档位，所以就减轻了驾驶员的劳动强度，又减少了离合器、变速器因频繁换档而产生的摩损。滑行时中间轴照样运转，加强了变速器内部润滑，进一步减少了第二轴前轴承，常啮齿轮轴承和同步器（或滑动齿套）的摩损。减少了发动机怠运转的时间，减少了环境污染，又减少了发动机此时的较大摩损。下长陡坡时，发动机汽缸压缩足量空气的阻力较大能更有效地辅助制动，又减少了制动刹车片和制动鼓的摩损。上述整体概括，即延长了汽车的使用寿命。

三、由于本发明技术能实现汽车最大限度地自动空档熄火滑行，节油效果是很明显的。现虽未做出样机实测节油率，在此以下述二种能使汽车自动空档滑行技术的节油率作对比分析。前面已叙述了的我国专利“车辆滑行器”技术，经交通部汽车节能技术中心和南京汽车研究所检测，节油率达23.4%（见《中国专利服》1990年8月22日版）。德国研制成功的一种装有电子机械开关控制附加离合器的汽车自动滑行技术，经运行实验表明，该技术节油23～30%（见《中国农机化报》1991年9月28日版）。上述二种都是不能完全实现发动机熄火的滑行节油技术，本发明技术有了汽车滑行时能够完全熄火的措施，节油率肯定会高于23%。特别是山区行车，节油率会更大。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是自动空档装置结构示意图。因该图未画出整个自动空档变速器，因而还有一些前面已叙述的锁止机构的零件如：结合套拨叉、拨叉轴，结合套拨叉操作杆未能画出，特再说明。图2是自动空档装置中的滚柱式超越离合器工作原理示意图。该图上所画的“-”虚线形式的虚剖面线本不应该画的，因为它们的位置不在该视图的剖面上，是为了区分被动毂（16）的被动部位（35）上的凸肩（17）与第一轴（1）的主动部位（8）的界线而作。与被动部位（35）的剖面线同方向画虚剖面线的4个凸肩（17）和被动部位（35）是一整体，同是零件被动毂（16）的一部位，并表示供安装定位弹片（19）用的内圆周凹槽（5）的位置。与第一轴主动部位（8）的剖面线同方向画虚 剖面线的4段圆弧范围皆属主动部位（8）-即主动部位（8）的外圆周有4段缸口，是零件第一轴（1）的主动部位（8）一部分，并表示供定位弹片（19）配合运转的外圆周凹槽（6）的位置。4个A代表4个滚柱（7）在传递发动机扭矩时（即变速器非自动空档时）的位置;4个B代表4个滚柱（7）在实现变速器自动空档时的位置。图3是汽油车下长陡坡时用的节油器装置示意图。

图中：1是第一轴，单就标号所指处位置而言，是第一轴装后轴承部位，此处的前端部分图上已省略，其情况和现在通用情况一样。2是第一轴（1）上的锁止花键齿。3是结合套。4是结合套（3）上的供结合套拨叉的叉端配合运转的外圆周凹槽。5是被动毂（16）的被动部位（35）上的供安装定位弹片（19）的内圆凹槽。6是第一轴（1）的主动部位（8）上的供定供弹片（19）配合运转的外圆周凹槽。7是滚柱。8是第一轴（1）的主动部位，该部位的外圆周有4段缺口（从图2可知，未标号特述），每段缺口安放一个滚柱（7）。9是被动毂（16）上的常啮齿轮，它与中间轴上的常啮齿轮啮合（图上未画，特说明）。10是第一轴（1）上支承被动毂（16）的无内外圈的轴承。11是第一轴（1）支承第二轴（15）的前轴颈的轴承。12是被动毂（16）上的直接档花键齿。13是第二轴前端锁紧螺母，14是锁片。15是第二轴，16是被动毂。单就标号所指处而言，是被动毂的轴承支承部位。17是被动毂（16）的被动部位（35）上的内圆周凸肩（共4个）。18是安装定位弹片（19）用的铆钉（共8个）。19是定位弹片（共4组）。20是被动毂（16）的被动部位（35）的内圆周凹槽（5）中的铆钉孔（共8个），供安装定位弹片（19）用。21是带支路管（34）的汽油发动机用的空气滤清器。22是化油器（24）上的阻风门臂。23是安装滤清器（21）用的箍带。24是化油器。25是化油器（24）上的节气门臂。26是安装化油器（24）和节油器（28）共同用的双头螺杆，27是所用的螺母。28是节油器。29是进气歧管（30）上的支座，即现在汽车上的供安装化油器用的进气歧管支座。30是进气歧管。31是节油器开关芯。32是节油器开关臂。33是橡胶连接管。34是空气滤清器（21）的支路管。35是被动毂（16）的被动部位。上述标号1、2、6、8共同归属于变速器第一轴为一个零件。标号5、9、12、16、17、35共同归属于被动毂为一个零件。从图1所示超越离分器结构可以看出，自动空档变速器壳体会较现在的变速器壳体有加长，应相应将传动轴等长缩短，才便于将自动空档变速器装于汽车底盘系统上。并根据结构需要对第二轴的前轴承轴颈部位的长短与大小略加改动。其余速比档位结构情况和现在变速器通用情况一样。

当第一轴（1）由发动机通过离合器带动反时针方向旋转时（从汽车后向前看，即面向发动机飞轮端，如图2之投影）。四个滚柱（7）由于定位弹片（19）的推动作用和滚柱本身产生的离心力作用，相对第一轴主动部位（8）作顺时针方向推移，达到位置A，正好和被动毂（16）的被动部位（35）上的被动凸肩（17）卡住，从而将发动机的扭矩传给了被动毂（16）。再由被动毂（16）上的常啮齿轮（9）传给中间轴，或由被动毂（16）上的直接档花键（12）直接传给第二轴，这样自动空档装置完成了发动机的扭矩输出功能，即实现了自动挂档。当汽车下坡滑行或平路上具有高速滑行的条件时，只要脚一离开油门踏板，或再用手关闭汽油车的点火开关或柴油车的熄火装置（当然，如滑行距离极短，就只松开油门踏板而不将发动机熄火），这时被动毂（16）随汽车滑行而高速旋转，而第一轴（1）随发动机处于慢速（发动机未熄火时）或静止状态（发动机熄火时），由于定位弹片（19）的拖动作用及滚柱（7）的离心力的减小，把滚柱（7）带回到位置B，被动毂（16）与第一轴（1）互相脱开，能互相产生相对转动，这样第一轴（1）自动与后面的传动系分离，即实现了自动空档，汽车下滑力或平路上汽车高速滑行的惯性即将消失时，只要驾驶脚踩油门踏板（指发动机未熄火时）或启动马达（指发动机熄火时。因为发电机是随汽车行驶而和长久发电的，所以不会存在启动马达缺电情况），即如前所述，自动空档装置马上恢复挂档。也可以这样启动发动机，驾驶员脚踏离合器，手动结合套拨叉操纵杆，使结合套（3）前移，使被动毂（16）和第一轴（1）连成一个整体，就能将发动机启动。然后，驾驶员再手动结合套拨叉操纵杆，使结合磁（3）后移，分离第一轴（1）和被动毂（16），以便下次能及时自动空档滑行。这种操作方式，也只需踩一次离合器， 在一个过程中完成。因此，各种类型不同的汽车，只要采用规格大小不同的自动空档装置就能实现变速器的自动空档和自动挂档。如因道路变化，需要变换速比档位，仍象驾驶现代汽车一样改变变速操纵杆的位置，选取所需要的速比档位就行。当汽车下长陡坡时，需要利用发动机压缩空气的阻力辅助车辆制动时，只要驾驶员用手去拨动结合套拨叉操纵杆，带动结合拨叉转动，由于拨叉的叉端配合在结合套（3）上的外圆周凹槽（4）内，所以迫使结合套（3）前移，与第一轴上的锁止花键齿（2）结合。第一轴锁止花键齿（2）的后端，结合套内花键的前端，均采用长短齿形式，是很容易结合的。从而将被动毂（16）和第一轴（1）连成一个整体，互相不能相对转动，即锁止了自动空档。这样，发动机压缩空气的阻力通过汽车传动系的传递，变成了阻止车辆加速下滑的制动力。结合套（3）还设有自锁构成，用来保证自动空档的稳定性（其特性类似现在变速器档位的自锁机构。图上未画，故特述）。汽油车下长陡坡时，驾驶员用手去拨动结合套拨叉操纵杆，使结合套（3）前移，锁止了变速器自动空档。也不放速比档位空档（即现在变速器的空档），并关闭点火开关，松开油门踏板。驾驶用手拉动安装在驾驶室内的拉纽，即拉紧了节油器开关臂（32）的拉线。节油器开关芯（31）转动90°，开关芯中的通孔由垂直方向转为水平方向，这时，由于节气门处于怠速位置，根据射流原理，从空气滤清器（21）进来的空气不再进入化油器（24）;改由空气滤清器的支路管（34），经橡胶连接管（33）进入节油器开关芯（31）中呈水平方向的通孔，再经过节油器左边的垂直孔进入进气歧管（30），形成了一条与化油器的空气通路并联的支路，节油器开通该支路时，就切断了发动机的燃油供给，而且进气量相当充足，较大的发动机压缩空气的阻力将更有利于汽车下长陡坡时的制动。下坡路转为平缓时，只要驾驶员将结合套拨叉操纵杆拉回原位，汽车就恢复自动空档，能在不大的下滑力和惯性作用下继续行驶。再用手压下拉纽，把节油器开关臂（32）的拉线放松，使开关芯（31）回转90°（开关芯（31）的转动与现在化油器的阻风门转动情况完全同理，由拉纽拉线带动开关臂（31）摆动90°范围产生作用），开关芯（31）中的通孔由水平方向转为垂直方向，关闭了节油器，使得发动机再运转时空气流经化油器。

Claims (1)

1、一种汽车自动空档节油系统，包括带有自动空档装置的自动空档变速器，变速器上安装有发电机，并采用直流电动打气泵，节油器等，其特征是：

a、将现在通用型式的变速器第一轴(即一个零件)分成第一轴(1)和被动毂(16)两个零件，互相之间用轴承(10)支承，第一轴(1)的主动部位(8)的外圆周有4段缺口，每段缺口安装一个滚柱(7)，并有供定位弹片(19)运转的外圆周凹槽(6)，被动毂(16)的被动部位(35)的内圆周有4个凸肩(17)，并有安装定位弹片(19)的内圆周凹肩(5)，凹槽(5)中有位置对称分成4组的8个铆钉孔(20)，4组定位弹片(19)用铆钉(18)固定安装在凹槽(5)中，上述零件构成滚柱式超越离合器，被动毂(16)上有常啮齿轮(9)和直接档花键齿(12)，被动毂(16)的被动部位(35)上有外花键齿，配合安装有结合套(3)，第一轴上有锁止花键齿(2)，锁止机构由结合套(3)、花键齿(2)和结合套拨叉、拨叉轴、拨叉操纵杆等零件构成，上述超越离合器和锁止机构共同构成自动空档变速器的自动空档装置；

b、发电机安装在变速器动力输出侧盖部位或倒档侧盖部位，气刹车的汽车有直流电动打气泵；

c、化油器(24)和进气歧管支座(29)之间装节油器(28)，空气滤清器加设支路管(34)，用连接管(33)与节油器(28)相连，形成了一条与化油器的空气通路并联的支路。

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