CN105863911A - 一种柴油发动机高压油泵的传动系统及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柴油发动机高压油泵的传动系统及其组装方法，包括高压油泵，缸盖，凸轮轴以及第一齿轮副，其中，所述高压油泵安装在缸盖上；所述第一齿轮副包括一对相互啮合传动的齿轮，设置于凸轮轴末端；所述高压油泵通过所述第一齿轮副传动。通过凸轮轴末端一对齿轮驱动高压油泵，提供一种解决方案；高压油泵工作扭矩峰值点和凸轮轴峰值点错开，减少扭矩峰值叠加给正时链条的负载。

Description

一种柴油发动机高压油泵的传动系统及其组装方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体涉及一种柴油机高压油泵的驱动方式，适用于采用正时链传动，双顶置凸轮轴布置的柴油发动机。
背景技术
在世界各国对机动车燃油消耗限制不断加严的情况下，如何降低燃油消耗率成为各大整车制造商面临的重要问题。柴油燃料相对汽油本身就具有低燃油消耗率的优势，在欧洲柴油发动机占据一半以上的市场。柴油机的燃烧为压燃式，因此需要进入燃烧室内的柴油雾化程度很高才能有助于燃烧充分。因此，燃油导轨内柴油压力通常非常高，该压力来自高压油泵的驱动。所有的柴油机都必须配有高压油泵。高压油泵驱动方式也有多种，有的安装在缸体上，通过曲轴齿轮啮合的方式驱动，或者通过同轴的花键传动，有的通过次级链条驱动；有的通过安装在缸盖上，通过凸轮轴末端的凸轮传动。但尚未有成熟可靠的传动结构，并且往往造成正时链条的负载过大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油发动机高压油泵的传动系统及其组装方法，高压油泵安装在缸盖后端，通过一对齿轮啮合传，解决了高压油泵的一种安装传动方式。具体技术方案如下：
一种柴油发动机高压油泵的传动系统，包括高压油泵，缸盖，凸轮轴以及第一齿轮副，其中，所述高压油泵安装在缸盖上；所述第一齿轮副包括一对相互啮合传动的齿轮，设置于凸轮轴末端；所述高压油泵通过所述第一齿轮副传动。
进一步地，所述第一齿轮副包括第一齿轮，其为与高压油泵腔体同轴转动的被动轮，以及安装于凸轮轴末端的主动轮，被动轮与主动轮相互啮合。
进一步地，还包括第二齿轮副，所述凸轮轴包括第一和第二凸轮轴，所述第二齿轮副包括一对齿轮，所述进、排气凸轮轴之间采用第二齿轮副传动。
进一步地，还包括链轮，曲轴链轮以及链条，所述链轮安装于凸轮轴前端，其通过链条和曲轴链轮相连接，从而发动机曲轴转动时，带动高压油泵转动。
进一步地，所述链轮为正时链轮，所述链条为正时链条，正时链轮为单链轮。
进一步地，驱动油泵的凸轮轴和正时链轮均安装在第一凸轮轴上。
进一步地，所述高压油泵安装在气缸盖后端。
进一步地，所述第一齿轮副采用一对斜齿配合，所述第二齿轮副的两个齿轮齿数相同，转动方向相反。
进一步地，正时链轮通过螺栓固定至第一凸轮轴，从发动机前端看，曲轴链轮和凸轮轴链轮旋转方向为顺时针，高压油泵齿轮和第二凸轮轴旋转方式为逆时针；第一凸轮轴为进气或者排气凸轮轴，第二凸轮轴为排气或者进气凸轮轴，进气凸轮轴和排气凸轮轴分别驱动进气门和排气门。
上述柴油发动机高压油泵的传动系统的组装方法，凸轮轴和第二齿轮副的齿轮之间采用热压装的方式，将加热齿轮到一定温度时装到凸轮轴上；高压油泵通过螺栓固定连接在发动机缸盖后端，安装油泵时错开高压油泵的峰值扭矩和凸轮轴扭矩的最大负荷点，并确保螺栓紧固力能够克服全部的载荷，避免在工作过程中出现链轮和凸轮轴或者螺栓之间相对转动，即：Mb>＝Mc+Mh，其中，Mc：凸轮轴工作扭矩，Mh：油泵工作扭矩，Mb：螺栓拧紧后，其法兰面和链轮之间的正压力产生的阻力矩。
与目前现有技术相比，本发明通过凸轮轴末端一对齿轮驱动高压油泵，提供一种解决方案；高压油泵工作扭矩峰值点和凸轮轴峰值点错开，减少扭矩峰值叠加给正时链条的负载。
附图说明
图1为高压油泵的传动示意图
图2为齿轮副示意图
图3为链轮和凸轮轴之间连接方式示意图
图4为张紧器滞回曲线图
图5为凸轮轴工作时的扭矩负荷示意图
图6为油泵工作时的扭矩负载示意图
图7为凸轮轴和油泵扭矩合成示意图
图中：
1：高压油泵 2：齿轮副1： 3：齿轮副2： 4：凸轮轴1： 5：凸轮轴2： 6：凸轮轴链轮：7：正时链条： 8：曲轴链轮
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
在一个优选实施例中，一种用于柴油发动机高压油泵的传动系统，安装在气缸盖上的高压油泵通过凸轮轴末端的一对齿轮相互啮合传动。该凸轮轴前端安装有链轮，该链轮通过链条和曲轴链轮相连接，从而发动机曲轴转动时，带动高压油泵转动。
在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：一种用于柴油发动机高压油泵的传动系统，高压油泵安装在气缸盖上，其通过凸轮轴末端的一对齿轮相互啮合传动。齿轮和高压油泵腔体同轴转动，是被动轮，凸轮轴末端的齿轮为主动轮，两者相互啮合，此为齿轮副1。根据油泵的性能需求，其转速可以通过齿轮齿数的不同进行调节。
为了保证主动轮和凸轮轴之间的连接紧固，两者之间采用热压装的连接方式；同时，为了降低传动过程中的噪声，齿轮副1采用一对斜齿配合。驱动油泵的凸轮轴前端安装有链轮，该凸轮轴链轮通过链条7和曲轴链轮8连接，即正时传动系统。为了保证正时传动系统的可靠性，本系统采用单链轮，链条，导轨和张紧器的紧凑布置结构。对于只连接两个链轮的正时系统来说，链条在链轮上的包角较大，不会出现跳齿(链轮和链条脱开)的情况；同时，链轮之间的导轨弧度半径可以设计的更大，从而减少链条在导轨上运行时的摩擦阻力。
如图1所示，为了使正时系统结构紧凑，采用螺纹旋入式张紧器，以减少在发动机上的安装空间需求，根据整个传动系统的性能需求，张紧器通过合理设计，降低系统张力，从而也可以降低系统摩擦阻力。如图1所示，高压油泵的驱动凸轮轴前端安装有正时链轮，该链轮通过螺栓紧固的方式和凸轮轴1之间固定。如图1所示，采用双顶置凸轮轴的柴油发动机一般采用进气凸轮轴和排气凸轮轴分别驱动进气门和排气门。对于柴油机来说，其燃烧室一般在活塞上，缸盖上一般没有，因此气门夹角相对很小，两凸轮轴之间距离较近。另外一个凸轮轴采用一对齿轮啮合的方式传动，齿数相同，旋转方向相反，即齿轮副2。如图1所示，曲轴链轮，凸轮轴链轮旋转方向为顺时针(从发动机前端看)，高压油泵齿轮和凸轮轴2旋转方式为逆时针。驱动油泵的凸轮轴和正时链轮所在凸轮轴为同一根。图1所示的并未明确进、排气凸轮轴位置，因此凡是采用和本结构类似的系统，均应在本结构的保护范围之内。
如图1所示，一种用于柴油发动机高压油泵的传动系统，安装在气缸盖上的高压油泵通过凸轮轴末端的一对齿轮相互啮合传动。该凸轮轴前端安装有链轮，该链轮通过链条和曲轴链轮相连接，从而发动机曲轴转动时，带动高压油泵转动。该系统包含发动机的正时链传动和配气凸轮轴两大机构。从总体上看，油泵通过凸轮轴前后端的连接驱动，可通过驱动齿轮的齿数，调节油泵的转速，从而实现对共轨压力的控制。本发明提供了另外一个高压油泵的安装解决方案。
如图1所示，发动机采用双顶置凸轮轴结构，由于柴油机的燃烧室都在活塞上，缸盖上几乎没有，所以进、排气门夹角相对较小，导致进、排气凸轮轴之间距离较小。为解决传动问题，进、排气凸轮轴之间采用一对齿轮传动(图1齿轮副2)，齿数相同，转动方向相反。为了保证凸轮轴和齿轮之间的连接紧固性，两者之间采用热压装的方式，即加热齿轮到一定温度，根据热胀冷缩的原理，此时装到凸轮轴上。同时，为了保证配气相位准确，安装凸轮轴齿轮时，采用定位销来定位，见附图2。
正时链条只能驱动进气或者排气凸轮轴，对于高压油泵，其工作时，需要消耗的扭矩较大，因此采用同一根凸轮轴传动，即该凸轮轴前端安装正时链轮，有正时链条直接驱动，后端的齿轮直接驱动高压油泵。同样地，为保证连接紧固，后端直接驱动油泵的主动齿轮和凸轮轴之间也采用热压装的安装方式。
高压油泵通过螺栓连接固定在发动机缸盖后端，为了降低配气机构和高压油泵组合工作的负荷，安装油泵时，需要错开高压油泵的峰值扭矩和凸轮轴的最大负荷点。
凸轮轴无额外高压油泵驱动时，工作时的扭矩曲线(四缸发动机)如表1所示(拟合曲线)。从图中可以看出，四缸发动机凸轮轴转一圈，有四个扭矩峰值高点和四个峰值扭矩低点。相邻峰值高点之间相隔90度，相邻峰值低点之间相隔也是90度。
如表2所示，油泵工作时，转动一圈，(该油泵有三个油泵工作腔)，峰值高点之间间隔为120度，峰值低点间隔也为120度。
如果在安装初始位置恰好油泵峰值扭矩点和凸轮轴扭矩峰值高点重合，那么将增大凸轮轴的峰值扭矩，从而增加正时链条负载。这个是我们不希望看到的。
从上述条件分析，如果高压油泵峰值扭矩点落后凸轮轴扭矩峰值扭矩点30度、60度或90度，那么在后续一定出现峰值叠加的情况。通过分析计算，当油泵第一个峰值点落后凸轮轴第一个峰值点15度，则可以实现无峰值扭矩叠加。两者合扭矩曲线如表3所示。
正时链轮和凸轮轴之间采用中心螺栓紧固的连接方式，如附图3。该螺栓的紧固力矩Mb需要满足配气机构及高压油泵的全部负荷进行计算，确保螺栓紧固力能够克服全部的载荷，避免在工作过程中出现链轮和凸轮轴或者螺栓之间相对转动，即：
Mb>＝Mc+Mh
其中
Mc 凸轮轴工作扭矩
Mh 油泵工作扭矩
Mb， 螺栓拧紧后，其法兰面和链轮之间的正压力产生的阻力矩
力矩计算时，考虑传动机械效率和安全因子。
如前所述，柴油机进、排气凸轮轴之间距离较近，空间上无法采用两个凸轮轴链轮分别传动，只能采用一个凸轮轴链轮和曲轴链轮传动。这一点也恰恰是该系统的优势。因为采用一个凸轮轴链轮和一个曲轴链轮后，整个正时系统布置简单，紧凑，链条在链轮上的包角更大，不容易产生跳齿现象(运行中链条和链轮之间脱开)。同时，设计链条导轨时，导轨曲率较大，减少链条运行时和导轨之间的摩擦损失。
对于柴油机来说，其工作负荷较大，缸内爆发压力高，正时链条需要采用强度等级更高的材料；曲轴链轮齿数不易偏少，偏少的话，其多边形效应明显，造成扭振增大；同时，齿数多少还与凸轮轴中心到曲轴中心距离有直接关系。综合多方面因素，设定曲轴链轮为21齿，凸轮轴链轮为42齿。
该正时链及高压油泵驱动系统工作稳定性，很大的因素取决于张紧器设计。张紧器特性具有较大的回滞曲线面积(见附图4)，从而局部消减由于曲轴，凸轮轴，高压油泵工作过程中的不平稳性带来的振动。
如前述，高压油泵和凸轮轴，两个凸轮轴以及曲轴之间，有明确的正时相位关系要求。曲轴和凸轮轴之间的相位关系通过安装时固定曲轴和凸轮轴实现，高压油泵和凸轮轴之间，通过安装时齿轮上的记号点对齐的方式实现。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，包括高压油泵，缸盖，凸轮轴以及第一齿轮副，其中，
所述高压油泵安装在缸盖上；
所述第一齿轮副包括一对相互啮合传动的齿轮，设置于凸轮轴末端；
所述高压油泵通过所述第一齿轮副传动。
2.如权利要求1所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，所述第一齿轮副包括第一齿轮，其为与高压油泵腔体同轴转动的被动轮，以及安装于凸轮轴末端的主动轮，被动轮与主动轮相互啮合。
3.如权利要求1和2所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，还包括第二齿轮副，所述凸轮轴包括第一和第二凸轮轴，所述第二齿轮副包括一对齿轮，所述进、排气凸轮轴之间采用第二齿轮副传动。
4.如权利要求1-3所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，还包括链轮，曲轴链轮以及链条，所述链轮安装于凸轮轴前端，其通过链条和曲轴链轮相连接，从而发动机曲轴转动时，带动高压油泵转动。
5.如权利要求4所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，所述链轮为正时链轮，所述链条为正时链条，正时链轮为单链轮。
6.如权利要求5所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，驱动油泵的凸轮轴和正时链轮均安装在第一凸轮轴上。
7.如权利要求1-6所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，所述高压油泵安装在气缸盖后端。
8.如权利要求1-7所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，所述第一齿轮副采用一对斜齿配合，所述第二齿轮副的两个齿轮齿数相同，转动方向相反。
9.如权利要求1-8所述的柴油发动机高压油泵的传动系统，其特征在于，正时链轮通过螺栓固定至第一凸轮轴，从发动机前端看，曲轴链轮和凸轮轴链轮旋转方向为顺时针，高压油泵齿轮和第二凸轮轴旋转方式为逆时针；第一凸轮轴为进气或者排气凸轮轴，第二凸轮轴为排气或者进气凸轮轴，进气凸轮轴和排气凸轮轴分别驱动进气门和排气门。
10.如权利要求1-9所述柴油发动机高压油泵的传动系统的组装方法，其特征在于，凸轮轴和第二齿轮副的齿轮之间采用热压装的方式，将加热齿轮到一定温度时装到凸轮轴上；高压油泵通过螺栓固定连接在发动机缸盖后端，安装油泵时错开高压油泵的峰值扭矩和凸轮轴扭矩的最大负荷点，并确保螺栓紧固力能够克服全部的载荷，避免在工作过程中出现链轮和凸轮轴或者螺栓之间相对转动，即：Mb>＝Mc+Mh，其中，Mc：凸轮轴工作扭矩，Mh：油泵工作扭矩，Mb：螺栓拧紧后，其法兰面和链轮之间的正压力产生的阻力矩。
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