一种汽车起动机齿轮预啮合系统及其控制方法与流程

本发明涉及内燃机汽车起动领域，特别涉及一种汽车起动机齿轮预啮合系统及其控制方法。

背景技术：

现有的汽车启动过程中，点火开关拨至启动档，电磁开关拉动拨叉推动齿轮前进，当起动机输出齿轮的齿牙恰好对准发动机飞轮齿圈的齿槽时，输出齿轮便与飞轮齿圈顺利啮合；如果起动机输出齿轮的齿牙没有对准飞轮齿圈的齿槽时，则发生顶齿现象，此时电磁开关继续推动前进，并拉动拨叉上的扭力弹簧，使输出齿轮对飞轮齿圈产生压力，将输出齿轮压入飞轮齿圈的齿槽。若这种情况经常发生，输出齿轮与飞轮齿圈在频繁的应力接触下容易造成齿面点蚀、齿面胶合等现象，减少齿轮与飞轮齿圈的使用寿命，且由于刚性接触，存在应力突变，不利于汽车的平稳启动。

已有的齿轮预啮合方法，如中国发明专利(cn2270647y)公开了“一种齿轮预啮合装置”，预啮合装置由壳体、输入齿轮、输入轴、超越离合器、输出轴、输出齿轮、活塞及复位弹簧构成，压力流体推动活塞移动，带动输出轴与输出齿轮同步伸出与大齿圈啮合，如遇两轮齿相抵，输出齿轮可相对输出轴后退一段距离，并在非自锁螺旋花键作用下转动一个角度，以确保正确地进入啮合。该方法存在以下不足之处：首先该方法完成齿轮啮合后，起动机再工作，起动速度较慢；其次，该装置动力传递部分通过一系列主动齿轮与被动齿轮传动，结构复杂，且增加了起动机起动的负担。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的不足，本发明公开了一种汽车起动机齿轮预啮合系统及其控制方法，此系统能够使汽车启动时起动机输出齿轮与发动机飞轮齿圈预啮合，减小起动机对发动机飞轮齿圈的冲击。

本发明采用以下技术方案实现上述技术目的。

一种汽车起动机齿轮预啮合系统，包括起动机、齿轮预啮合装置、输出齿轮和液压油路，所述齿轮预啮合装置安装于起动机和输出齿轮之间，齿轮预啮合装置还与液压油路连通；所述齿轮预啮合装置包括螺杆，起动机的输出轴紧靠螺杆的一端，螺杆的另一端穿过工作腔之后与输出齿轮固连；所述工作腔内部的螺杆上从左到右依次固连有工作腔隔板和叶片；所述工作腔的进油口与液压油路连通，所述液压油路包括与进油口相连的液压泵，液压泵还与液压油缸相连，且液压泵与进油口之间设有单向阀，液压泵与液压油缸之间设有并联的压力开关和行程位移开关；所述工作腔下端设有出油口，出油口与储油箱相连；紧靠输出轴一端的螺杆上设有键槽，键槽内设有平键，平键在液压油的作用下可顶入输出轴内表面的键槽内；所述叶片沿螺杆径向均布，叶片的数量为6或8或10或12；，所述进油口位于叶片上方，且与叶片处于径向偏置。

一种汽车起动机齿轮预啮合系统的控制方法，点火开关拨至启动档后，若输出齿轮与飞轮齿圈发生顶齿现象，液压油路在压力开关的作用下开启，预啮合装置启动，在液压油的冲击下叶片开始旋转，带动螺杆旋转完成齿轮啮合；平键顶入输出轴内表面的键槽，起动机输出轴与螺杆的固联，传递起动机的转矩；在若未发生顶齿现象，液压油路在行程位移开关的作用下开启，平键顶入输出轴内表面的键槽，起动机输出轴与螺杆的固联，传递起动机的转矩。

本发明的有益效果是：

1.预啮合装置采用液压元件，通过行程位移开关与压力开关协同控制液压油路的开启；在液压油路开启后，若输出齿轮与发动机飞轮齿圈未啮合，则通过液压油冲击叶片，继而带动螺杆旋转的形式，来完成螺杆末端固联的输出齿轮与飞轮齿圈的啮合。相比机械结构，本发明冲击小，能够实现输出齿轮与飞轮齿圈的柔性啮合。

2.由于叶片和工作腔隔板采用塑料等材料，质量较轻，在起动机带动预啮合装置启动的过程中，能减轻起动机的起动负担，不会过多增加起动机起动时的负载。

3.当点火开关拨至启动档，输出轴向外伸出，其右端内凹断面推动螺杆向右移动，一旦螺杆末端的输出齿轮与发动机飞轮齿圈完成啮合，起动机便可立即带动发动机进行启动。输出齿轮与飞轮齿圈能够在起动机工作的同时完成啮合，减少起动时间。

附图说明

图1是本发明的结构简图；

图2是输出轴的结构简图；

图3是螺杆的结构简图；

图4是叶片的结构简图；

图5是起动机的结构简图；

图6是齿轮预啮合装置在输出齿轮与飞轮齿圈未啮合的工况下结构图；

图7是齿轮预啮合装置在输出齿轮与飞轮齿圈已啮合的工况下结构图；

其中：1-起动机，2-输出轴，3-齿轮预啮合装置，4-输出齿轮，5-发动机飞轮齿圈，6-液压泵，7-单向阀，8-叶片，9-螺杆，10-工作腔，11-平键，12-工作腔隔板，13-点火开关，14-铁心，15-拨叉，16-储油箱，17-压力开关，18-行程位移开关。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的起动机齿轮预啮合系统及其控制方法。

如图1所示，一种汽车起动机齿轮预啮合系统由起动机1、齿轮预啮合装置3、输出齿轮4、液压油路组成，齿轮预啮合装置3由叶片8、螺杆9、工作腔10、平键11、工作腔隔板12组成。液压油路由压力开关17、行程位移开关18、液压泵6、单向阀7和液压油缸组成。

起动机1的输出轴2右端内凹，并紧靠螺杆9的左端(如图2所示)，当输出轴2向右移动时，螺杆9被推出，螺杆9穿过工作腔10之后与输出齿轮4固连；工作腔10为圆柱体形状，被移动的工作腔隔板12分为左右两部分，工作腔10上端设有进油口，且当输出齿轮4与发动机飞轮齿圈5未啮合时，进油口位于叶片8上方，与叶片8处于径向偏置，保证叶片8受到液压油冲击时顺时针旋转。

如图1-3所示，工作腔隔板12和叶片8从左至右依次固连于螺杆9中部，螺杆9左端设有键槽，键槽内设有平键11，平键11能够在液压油的压力下从键槽中向上顶入输出轴2内表面的键槽内，完成起动机1的输出轴2与螺杆9固联，由于螺杆9末端有固连的输出齿轮4，此时便能传递起动机1的转矩；螺杆9右端设有螺纹，当螺杆9在叶片8的带动下顺时针旋转时，螺杆9能够向右伸出；工作腔隔板12为圆形板，能跟随螺杆9一起旋转并轴向移动，当螺杆9轴向移动时，工作腔隔板12使得进油口分别对准工作腔10的左右两部分。工作腔10下端设有出油口，出油口通过管路与储油箱16相连；进油口通过管路与液压泵6相连，且管路上设有单向阀7，液压泵6通过管路与液压油缸相连，且液压泵6与液压油缸之间的管路上设有并联的压力开关17和行程位移开关18，压力开关17和行程位移开关18用于协调控制液压油路的开启或者关闭。

如图4所示，叶片8为矩形，均匀布置在螺杆9上，叶片8数量可以为6、8、10、12，液压油路开启时，叶片8在液压油的冲击下顺时针旋转，继而带动螺杆9旋转。叶片8和工作腔隔板12采用塑料等轻质材料。

本发明通过在起动机1与发动机飞轮齿圈5中间安装齿轮预啮合装置3，能够最大可能消除顶齿现象，保证起动机输出齿轮4与发动机飞轮齿圈5柔性啮合，延长输出齿轮4与飞轮齿圈5的使用寿命，减小起动机1对发动机飞轮齿圈5的冲击。

本发明一种汽车起动机齿轮预啮合系统的工作过程如下：

如图5所示，点火开关13拨至启动档，起动机电磁线圈通电，电磁线圈产生电磁力吸引铁心14克服弹簧的拉力向左移动，铁心14带动拨叉15上端向左移动，由于拨叉15中部有定位销，所以拨叉15下端带动输出轴2向右移动；由于输出轴2右端内凹，且螺杆9伸入并紧靠输出轴2的内凹端面，螺杆9也被向外推出，因此输出齿轮4向外产生轴向移动。

如图6所示，若输出齿轮4的齿牙没有对准与发动机飞轮齿圈5的齿槽，则压力开关17感受到轴向压力，压力开关17打开，液压回路通路；螺杆9的行程未达到啮合所要求的行程，工作腔隔板12位于进油口的左端，此时进油口对准工作腔10的右端；液压油由液压油缸经液压泵6、单向阀7流入工作腔10的右端；由于进油口与叶片8轴向对齐但径向偏置，因此叶片8在液压油的冲击下顺时针旋转。输出齿轮4也随之顺时针旋转，并在旋转的同时向外伸出，完成与飞轮齿圈5的啮合。又由于工作腔隔板12随着螺杆9旋转并向右移动，此时进油口将对准工作腔10的左端，液压油流入工作腔10的左端继而流入平键槽将平键11顶入输出轴2内表面的键槽中，完成输出轴2与螺杆9的固联。至此，完成了起动机输出齿轮4与发动机飞轮齿圈5啮合的全过程。在输出齿轮4与飞轮齿圈5啮合后，汽车起动机输出轴2将带动螺杆9旋转，由于螺杆9末端有固联的输出齿轮4，此时便能传递起动机1的转矩。

如图7所示，若输出齿轮4的齿牙恰好对准发动机飞轮齿圈5的齿槽，则输出齿轮4与飞轮齿圈5完成啮合。此时，压力开关17感受不到飞轮齿圈5对于输出齿轮4的压力，因此压力开关17关闭；与此同时，行程位移开关18通过输出轴2的行程判断出输出齿轮4与发动机飞轮齿圈5已啮合，行程位移开关18打开，液压回路通路。螺杆9的行程已达到齿轮啮合的位置，所以工作腔隔板12也跟随移动至进油口的右端，此时工作腔进油口对准工作腔10的左端。液压油由液压油缸经液压泵6、单向阀7直接流入工作腔10的左端，流入平键槽将平键11顶入输出轴2内表面的键槽中，完成输出齿轮4与螺杆9的固联，由于螺杆9末端有固联的输出齿轮4，此时便能传递起动机1的转矩。

在整个起动过程中，输出齿轮4与飞轮齿圈5没有刚性冲击，能够最大可能消除顶齿现象，保证起动机输出齿轮4与发动机飞轮齿圈5柔性连接，延长输出齿轮4与飞轮齿圈的使用寿命，减小起动机1对发动机飞轮齿圈5的冲击，保证结合平顺，发动机运转平稳。

以上对本发明所提供的一种汽车起动机齿轮预啮合系统及其控制方法进行了介绍，并且对装置的构造和具体的控制原理及实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本权利要求的保护范围内。