基于车用发动机VCM系统的歇缸能量回收机构的制作方法

本发明属于动力工程领域，涉及到车用发动机改造，具体涉及基于车用发动机vcm系统的歇缸能量回收机构，该机构使发动机能够高效利用能源，提高动力输出。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅速发展，汽车保有量逐年增加，燃油消耗量和废弃物的排放也日益增加，全世界面临着能源短缺和环境破坏等严峻考验，在当前以环境保护为背景的大前提下，如何高效的利用能源成为发动机技术研发的主要方向。

vcm(variablecylindermanagement可变气缸技术)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种。发动机在停缸时由于飞轮空转而浪费掉的能量如果通过改变内部结构是可以回收的，而且能量也十分可观，vcm系统可以在3缸、4缸和全6缸工作模式间自动切换：在车辆起步、加速或爬坡等需要大动力输出时，全部6个气缸投入工作；在中速巡航和低负荷时，系统仅运转一个气缸组，即3个气缸；在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时，发动机将会用4个气缸来运转。由于驾驶员并不是所有时间都在踩踏油门踏板，当驾驶员松开油门踏板时部分气缸便进入停缸状态，停缸状态下储存在高速旋转飞轮中的能量没有做有用功，导致能量的浪费，可以通过改变发动机中停缸一列的曲轴与发动机输出轴的结构来回收这部分能量。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足，提供一种回收从停缸至下次供油这一过程中飞轮空转的能量的基于车用发动机vcm系统的歇缸能量回收机构。

本发明的技术方案是：

基于车用发动机vcm系统的歇缸能量回收机构，它包含齿轮传动系、液压装置、花键轴和摩擦片；

齿轮传动系包含一个由缸体曲轴驱动的大齿轮以及与大齿轮啮合的两个小齿轮；该三个齿轮的轴线平行布置，每个小齿轮的中心孔内布置有与该中心孔相配合的花键轴，每个花键轴的一端连接摩擦片，另一端连接液压装置的液压杆的端部，且花键轴能相对所述液压杆转动；

其中一个摩擦片相对处设置有与该摩擦片能分离和接触摩擦的电机侧摩擦片；

另一个摩擦片相对处设置有与该摩擦片能分离和接触摩擦的变速侧摩擦片。

进一步地，每个花键轴的一端固接有膜片弹簧，摩擦片固接在膜片弹簧上。

进一步地，花键轴的另一端加工有一个截面为t型的连接孔，所述液压杆的端部加工有与连接孔相转动配合的连接头。

本发明相比现有技术的有益效果是

本申请基于vcm(variablecylindermanagement)系统对发动机进行了进一步改造。并将改造后的设计并入ecu系统来控制回收能量的时间，使发动机在最佳工况状态下工作。在vcm系统的基础上采用双曲轴设计。当系统处于3缸停缸的状态时，通过在发动机曲轴与变速输出轴之间加上本装置来实现对停缸一列的曲轴控制。将停缸一列曲轴与电机通过皮带传动进行连接来控制停缸一列的输出状态，并通过ecu进行控制，当中速巡航和发动机低负荷时曲轴就离开输出轴并接入发电机，当恢复供油后直至两个曲轴的缸可以输出的扭矩与转速相同时，接入发电机的一列曲轴重新并入输出轴。以此回收停缸发动机空转飞轮的能量，达到提高其整车性能、节约能源、降低废气排放的目的。

本申请致力于提高现有vcm技术的能量回收，从而提高能效，减少目前由于能量损失导致的浪费。本设计相比现有的vcm技术，可调节效果较以前更显著。本申请可以根据行驶状态控制，因而对能量使用更充分，更高效，从而减少能源浪费，达到节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为液压杆、花键轴、膜片弹簧和摩擦片连接关系示意图；

图3为图2的a-a向视图；

图4为花键轴、膜片弹簧和摩擦片连接关系示意图；

图5为改进后的齿轮结构示意图；

图6为液压装置驱动液压杆工作原理示意图；

图7为本发明在3缸工作模式下的随动关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1-图6所示，基于车用发动机vcm系统的歇缸能量回收机构，它包含齿轮传动系、液压装置2、花键轴3和摩擦片4；

齿轮传动系包含一个由缸体曲轴驱动的大齿轮1-1以及与大齿轮啮合的两个小齿轮1-2；该三个齿轮的轴线平行布置，每个小齿轮1-2的中心孔1-2-1内布置有与该中心孔1-2-1相配合的花键轴3，小齿轮1-2中心孔采用与花键轴3相啮合的花键齿设计；每个花键轴3的一端连接摩擦片4，另一端连接液压装置2的液压杆2-1的端部，且花键轴3能相对所述液压杆2-1转动；

其中一个摩擦片4相对处设置有与该摩擦片4能分离和接触摩擦的电机侧摩擦片5；

另一个摩擦片4相对处设置有与该摩擦片4能分离和接触摩擦的变速侧摩擦片6。

本实施方式侧重于研究vcm系统能量回收，vcm系统如今在市面上关注度较高且技术较为成熟。vcm发动机，在车辆起步、加速或爬坡等需要大动力输出时，全部6个气缸投入工作；在中速巡航和低发动机负荷时，系统一侧气缸进入歇缸状态，即3个气缸；在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时，发动机将会用4个气缸来运转。通过这种气缸的工作方式，这款发动机的油耗比上代的同等车型还要低了7％，但发现驾驶员行车过程中不踩油门的时间占一定比重，根据vcm系统，这段时间通常处于3缸歇缸状态，飞轮空转时间较长，可能回收的能量教多，即vcm回收能量系统在节能方面理论上会有显著效果。而之前的情况下存在较大燃料浪费，因此为进一步扩大调整范围，需要在其他结构进行改装设计。

本实施方式是根据现阶段已有的停缸技术，回收从停缸至下次供油这一过程中飞轮空转的能量，该部分能量可以输出大量的扭矩，若可以将这部分能量回收并加以利用将是节能的一个方向。通过改变发动机内部结构并串联发动机来回收停缸至下一次供油时的能量，当停缸的三个缸转速与运行的三个缸不一样时，将它可输出的能量储存于蓄电池中并投入汽车运行时的能量使用，从而更好的达到节能减排的效果，提高能量的利用率。本申请在结构上相较于市场同等理念发动机，能够在达到类似省油效果的基础上拥有更低的发动机设计和制作成本。从技术经济角度，车辆不同的行驶状态需要不同的动力支持，而气缸供油不足会导致动力不足，供油过剩会导致能源浪费。

参见图2-图4所示，每个花键轴3的一端固接有膜片弹簧7，摩擦片4固接在膜片弹簧7上。在本申请中通过膜片弹簧实现对停缸一列的曲轴14控制，v6发动机处于正常或四缸工作状态时，曲轴14通过本申请输出一侧摩擦片与输出轴的变速侧摩擦片相连，而与电机侧相连摩擦片断开连接，当vcm系统进入三缸停缸状态时，由ecu控制液压系统为本申请电机一侧液压缸的液压腔供油，使曲轴14一侧的摩擦片与电机侧摩擦片相连，此时液压传动系统能够提供长时间充足且稳定的压力，而膜片弹簧为摩擦片的相互接触提供缓冲，并且其非线性特点能够在缓冲过后迅速给予充足的扭矩。与此同时ecu控制液压传动系统分离输出轴的变速侧摩擦片，使得进入停缸状态的气缸停止动力输出，将空转能量输入车载蓄电池储存起来。

改装后的小齿轮1-2，主要作用是将与大齿轮1-1连接的曲轴14输出的扭矩传递到花键轴。该小齿轮1-2在中心设计为与花键轴啮合的齿槽孔作为中心孔，可以保证在花键轴向移动时稳定传动扭矩。

参见图2和图3所示，花键轴3的另一端加工有一个截面为t型的连接孔3-1，所述液压杆2-1的端部加工有与连接孔3-1相转动配合的连接头2-2。如此设置，确保花键轴能被液压缸的液压缸驱动实现轴向移动的同时，花键轴及其上连接的小齿轮和摩擦片能始终独立转动。当液压装置推动花键轴向移动时，摩擦片刚开始可以以较小压力相互接触，而后通过膜片弹簧逐渐增加压力，通过ecu对距离的精确控制和膜片弹簧的非线性特点可以在必要时快速增加轴向传动压力，在短时间内输出扭矩，同时膜片弹簧可减小摩擦片磨损，使传动过程更加平稳。

参见图1和图5所示，所述大齿轮1-1和小齿轮1-2均为直齿轮。如此设置，结构简单便捷，使用方便。所述液压装置2的驱动介质为油。本申请的机械设计部分利用液压传动。本申请中采用油作为媒介，原因有以下两点；一是纯水的粘度通常是油的1/40到1/50，甚至更低，因此，一方面极易引起纯水液压元件及系统的内、外泄漏，导致系统容积效率的降低；另一方面纯水的润滑性差，在纯水液压元件的偶合摩擦副中形成液压膜就比较困难，从而导致干摩擦，在本设计中对精度要求并不是很高，但是负载比较大，所以采用油。二是，与液压油相比，水的密度大10％，压缩性小25％，声速高10％，所以，纯水液压传动系统中阀门突然启闭等使水的流动状态发生变化时，极易引起较油压传动更大的液压冲击、振动和噪声，对系统的工作性能、使用寿命及人身健康造成有害影响。在本设计中，较大的液压冲击将导致动力输出突变，进而导致两个问题；一是摩擦片磨损比较大，二是导致驾驶不适。因此本设计中采用油而非水。

参见图6和图7所示，图7为本申请在3缸随动机构工作模式下的示意图，液压装置采用液压传动原理，11为进油管，12为出油管，9为装油罐，8为液压油泵总成，10为单向阀，13为阀门，2-3为液压腔，8为液压油泵总成提供动力，其单向阀10可以保证为摩擦片啮合提供充足而稳定的压力。歇缸时ecu控制电机侧为液压缸内的液压腔2-3充油，同时控制动力输出变速侧的液压腔2-3回收液压油，实现停止动力输出变速侧进入能量回收状态的目的。当发动机恢复供油至两侧动力轴转速相同时，为变速侧输出轴液压腔供油同时回收电机侧液压油，使得恢复供油的气缸重新输出动力。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。