CN106870057A - 一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置 - Google Patents

Abstract

一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置属发动机技术领域，本发明装置包括蜗轮蜗杆驱动系统和同步带轮系统两个部分，主要由凸轮轴、超越离合器a、超越离合器b、蜗轮、蜗杆、同步带轮、步进电机组成；利用超越离合器a锁死，超越离合器b超越实现直接启动模式执行前凸轮轴旋转打开气门，同时不影响配气正时。本发明可以使采用直接启动技术的缸内直喷发动机，在首循环之前，打开气门，使缸内气体和外界空气进行交换，调整气压，便于通过活塞位置来计算缸内气体的量，通过控制喷油量，提高着火的可靠性，提高点火性能。

Description

一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置

技术领域

本发明属于发动机技术领域，更确切的说，本发明是一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置。

背景技术

汽车在怠速状态下，发动机除了可以维持自身正常运转，还可以提供整个车辆各个部件正常运转所需的能量。既然怠速时发动机消耗的燃油并不能直接用于汽车行驶，不仅会增加城市行车的耗油量，还会增加尾气污染物排放，所以需要怠速耗油量越低越好。发动机启停技术就是在汽车停稳后自动关闭发动机，再次起步时又自动启动发动机的一项“无怠速”技术。然而，由于目前发动机的启动过程大多需要借助启动电机，可是频繁的发动机重启过程会严重恶化行驶车辆的平顺性和舒适性，并且启动系统的磨损和潜在的维护成本也会增加。缸内直喷汽油机能灵活的控制缸内的燃油喷射和点火，即便在发动机静止状态下也可以使气缸进行燃烧做功，拖动发动机转动，从而无需借助起动机即可启动发动机，有效的解决了发动机由于借助起动机频繁启动而带来的问题。

然而启动过程的首循环着火和转动特性极易受到点火正时，过量空气系数，冷却液温度，活塞初始位置等因素的影响。发动机刚熄火时，仍处于热机状态，缸内的气体环境复杂，缸内压力不定，无法准确地计算出气缸中新鲜空气量，从而无法准确控制喷油量，点火时气缸内喷油量和空气量不匹配，容易造成失火，使得缸内直喷汽油机直接启动模式无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，实现发动机直接启动模式执行前打开气门，与外界进行气体交换，保证首循环以前气缸内气体气压和外界相同，调整缸内压力，以便于可确定缸内空气量，从而控制喷油量，以实现直接启动。

本发明由蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ和同步带轮系统Ⅱ组成。

本发明所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ由蜗轮1、蜗杆5、步进电机4、步进电机轴6、后简称超越离合器a、键a2、键b7和键c12组成。步进电机轴6通过键b7与蜗杆5连接在一起。蜗杆5和蜗轮1啮合。蜗轮1套在超越离合器a的外环14上，二者通过键a2相连。超越离合器a内环13套在凸轮轴前部连接段3上，二者通过键c12相连。

本发明所述同步带轮系统Ⅱ由同步带轮8、超越离合器b、键d9和键e10组成。同步带轮8通过齿形带与发动机曲轴相连。同步带轮8套在超越离合器b的外环18上，二者通过键d9相连。超越离合器b内环17凸轮轴前端连接段3上，二者通过键e10相连。

本发明所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ位于曲轴最前端，同步带轮系统Ⅱ位于蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ后。

本发明所述超越离合器a、b为相同的两个内星轮滚柱式单向超越离合器。内星轮滚柱式单向超越离合器由外环21、星轮(内环)22、滚柱23、顶销24、弹簧25组成。星轮22置于外环21内侧，在星轮22和外环21形成的楔形空间内有滚柱23，星轮22上楔形空间大的一侧开有一个圆柱形小洞26，小洞26内置一弹簧25，弹簧25一侧与小洞26底部接触，另一侧与顶销24相连，顶销24和滚柱23接触。当顺时针外环21转速小于内环22转速时，滚柱23向左移动进入楔形空间小的一侧，滚柱23上压力增大，由于摩擦力作用而楔紧，从而超越离合器内环22和外环21锁死。当顺时针外环21转速大于内环22转速时，滚柱23向右移动，进入楔形空间大的一侧，滚柱23上压力减小，可自由转动，内外环分离处于超越状态，从而实现离合。

本发明所述超越离合器a、b安装时方向相反，即从凸轮轴前部连接段3前端观察时，顺时针方向上超越离合器a的滚柱15位于顶销16前侧，超越离合器b的滚柱19位于顶销20后侧。

本发明的工作过程如下：

在发动机直接启动模式执行前，控制步进电机4转动，带动步进电机轴6转动，通过键b7使蜗杆5随之转动，蜗杆5通过啮合带动蜗轮1转动，此时蜗轮1的转动方向和发动机正常工作时凸轮轴的转动方向相反，蜗轮1通过键a2带动超越离合器a的外环14随之转动。此方向上超越离合器a的内外环锁死，超越离合器a的内环13随着外环14同速转动。内环13通过键c12带动凸轮轴前部连接段3转动，从而带动整个凸轮轴随之转动，凸轮轴上的凸轮11转动过程中推动气门运动，从而使气缸内部与外界相通，进行气体交换，调整缸内压力。在此运动过程中，超越离合器b的内环17与曲轴前部连接段3通过键e10相连，和凸轮轴同速转动，此方向上，超越离合器b处于超越状态，凸轮轴前部连接段3通过键e10带动内环17旋转，外环18静止不动，同步带轮8随之静止不动，从而不带动曲轴旋转，曲轴位置保持不变。控制进步电机4的转动，使凸轮轴旋转360度，即可保证完成此过程后凸轮轴与曲轴之间的正时不发生改变。

当发动机正常工作时，同步带轮8由曲轴通过齿形带带动旋转，超越离合器b的外环18与同步带轮8通过键d9连接，外环18和同步带轮8同速同方向旋转。此方向上，超越离合器b处于锁死状态，内环18和外环17同速同方向旋转，内环17通过键e10带动凸轮轴前部连接段3旋转，从而带动凸轮轴正常运动。在此过程中，超越离合器a的内环13与凸轮轴前部连接段3通过键c12相连，随之转动。此方向上，超越离合器a处于超越状态，内环13随凸轮轴旋转，外环21静止不动，从而不带动步进电机4旋转。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明可以使采用直接启动技术的发动机，在首循环之前，打开气门，使缸内气体和外界空气进行交换，平衡气压，便于通过活塞位置来计算缸内气体的量，通过控制喷油量来得到适当的过量空气系数，提高着火的可靠性，提高点火性能，以实现直接启动。

本发明通过两个安装方向相反的超越离合器，使当首循环前调节气门开启时，蜗轮蜗杆驱动的超越离合器锁死，与同步带轮相连的超越离合器内环旋转，外环静止不动，同步带轮并不发生转动，当凸轮轴旋转360度后回到原来位置，并不改变发动机原本设定好的配气正时。当发动机正常工作时，与同步带轮相连的超越离合器锁死，正常带动凸轮轴及气门运动，而与蜗轮相连的超越离合器内环旋转，外环静止不动，并不带动步进电机旋转。

本发明结构简单、制造方便、成本低、易于在直启GDI发动机上推广。

附图说明

附图1是缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置

附图2是A-A截面的右视图

附图3是B-B截面的左视图

附图4是滚柱式单向超越离合器的示意图

其中，Ⅰ蜗轮蜗杆驱动系统；Ⅱ同步带轮系统；1蜗轮；2键a；3凸轮轴前部连接段；4步进电机、5蜗杆；6步进电机轴；7键b；8同步带轮；9键d；10键e；11凸轮；12键c、13超越离合器a内环；14超越离合器a外环；15超越离合器a；16超越离合器a顶销；17超越离合器b内环；18超越离合器b外环；19超越离合器b滚柱；20超越离合器b顶销步进电机；21超越离合器外环；22星轮(内环)；23滚柱；24顶销；25弹簧；26小洞。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明做详细的描述。

参照附图1：

本发明由蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ和同步带轮系统Ⅱ组成。

参照附图1、2：

本发明所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ由蜗轮1、蜗杆5、步进电机4、步进电机轴6、后简称超越离合器a、键a2、键b7和键c12组成。步进电机轴6通过键b7与蜗杆5连接在一起。蜗杆5和蜗轮1啮合。蜗轮1套在超越离合器a的外环14上，二者通过键a2相连。超越离合器a内环13套在凸轮轴前部连接段3上，二者通过键c12相连。

参照附图1、3：

本发明所述同步带轮系统Ⅱ由同步带轮8、超越离合器b、键d9和键e10组成。同步带轮8通过齿形带与发动机曲轴相连。同步带轮8套在超越离合器b的外环18上，二者通过键d9相连。超越离合器b内环17凸轮轴前端连接段3上，二者通过键e10相连。

参照附图4：

本发明所述超越离合器a、b为相同的两个内星轮滚柱式单向超越离合器。内星轮滚柱式单向超越离合器由外环21、星轮(内环)22、滚柱23、顶销24、弹簧25组成。星轮22置于外环21内侧，在星轮22和外环21形成的楔形空间内有滚柱23，星轮22上楔形空间大的一侧开有一个圆柱形小洞26，小洞26内置一弹簧25，弹簧25一侧与小洞26底部接触，另一侧与顶销24相连，顶销24和滚柱23接触。当顺时针外环21转速小于内环22转速时，滚柱23向左移动进入楔形空间小的一侧，滚柱23上压力增大，由于摩擦力作用而楔紧，从而超越离合器内环22和外环21锁死。当顺时针外环21转速大于内环22转速时，滚柱23向右移动，进入楔形空间大的一侧，滚柱23上压力减小，可自由转动，内外环分离处于超越状态，从而实现离合。

参照附图1：

本发明所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ位于曲轴最前端，同步带轮系统Ⅱ位于蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ后。

参照附图1、2、3：

本发明本发明所述超越离合器a、b，从凸轮轴前部连接段3前端观察时，顺时针方向上超越离合器a的滚柱15位于顶销16前侧，超越离合器b的滚柱19位于顶销20后侧。

该发动机开启气门控制方法，利用上述控制装置实现，具体为：

在发动机需要直接启动时，在进行首循环前，步进电机4转动，带动步进电机轴6转动，通过键b7使蜗杆5随之转动，蜗杆5通过啮合带动蜗轮1转动，此时蜗轮1的转动方向和发动机正常工作时凸轮轴的转动方向相反，蜗轮1通过键a2带动超越离合器a的外环14随之转动。此方向上超越离合器a的内外环锁死，超越离合器a的内环13随着外环14同速转动。内环13通过键c12带动凸轮轴前部连接段3转动，从而带动整个凸轮轴随之转动，凸轮轴上的凸轮11转动过程中推动气门运动，从而使气缸内部与外界相通，进行气体交换，调整缸内压力。在此运动过程中，超越离合器b的内环17与曲轴前部连接段3通过键e10相连，和凸轮轴同速转动，此方向上，超越离合器b处于超越状态，如轮轴前部连接段3通过键e10带动内环17旋转，外环18静止不动，同步带轮8随之静止不动，从而不带动曲轴旋转，曲轴位置保持不变。控制进步电机的转动，使凸轮轴旋转360度，即可保证完成此过程后凸轮轴与曲轴之间的正时不发生改变。

当发动机正常工作时，同步带轮8由曲轴通过齿形带带动旋转，超越离合器b的外环18与同步带轮8通过键d9连接，外环18和同步带轮8同速同方向旋转。此方向上，超越离合器b处于锁死状态，内环18和外环17同速同方向旋转，内环17通过键e10带动凸轮轴前部连接段3旋转，从而带动凸轮轴正常运动。在此过程中，超越离合器a的内环13与凸轮轴前部连接段3通过键c12相连，随之转动。此方向上，超越离合器a处于超越状态，内环13随凸轮轴旋转，外环21静止不动，从而不带动步进电机4旋转。

Claims (6)

1.一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于：由蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ和同步带轮系统Ⅱ组成。

2.按权利要求1所述的一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ由蜗轮(1)、蜗杆(5)、步进电机(4)、步进电机轴(6)、超越离合器a、键a(2)、键b(7)和键c(12)组成，步进电机轴(6)通过键b(7)与蜗杆(5)连接在一起，蜗杆(5)和蜗轮(1)啮合，蜗轮(1)套在超越离合器a的外环(14)上，二者通过键a(2)相连，超越离合器a内环(13)套在凸轮轴前部连接段(3)上，二者通过键c(12)相连。

3.按权利要求1所述的一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于所述同步带轮系统Ⅱ由同步带轮(8)、超越离合器b、键d(9)和键e(10)组成，同步带轮(8)通过齿形带与发动机曲轴相连，同步带轮(8)套在超越离合器b的外环(18)上，二者通过键d(9)相连，超越离合器b内环(17)凸轮轴前端连接段(3)上，二者通过键e(10)相连。

4.按权利要求2或3所述的一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于其中的超越离合器a和超越离合器b选用内星轮滚柱式单向超越离合器。

5.按权利要求2或3所述的一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于其中的超越离合器a和超越离合器b安装时方向相反，即从凸轮轴前部连接段(3)前端观察时，顺时针方向上超越离合器a滚柱(15)位于超越离合器a顶销(16)前侧，超越离合器b滚柱(19)位于超越离合器b顶销(20)后侧。

6.按权利要求1所述的一种缸内直喷发动机直启前缸内压力调整的装置，其特征在于所述蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ位于曲轴最前端，同步带轮系统Ⅱ位于蜗轮蜗杆驱动系统Ⅰ后。