汽车发动机前端辅助动力驱动系统的工作分析

范孝康



汽车发动机前端辅助动力驱动系统的工作分析

范孝康

（安徽江淮纳威司达柴油发动机有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车发动机前端辅助动力驱动系统是汽车发动机动力传输的关键核心，关系到发动机电器、冷却、制动转向等多个方面，文章将从工作原理、组成部件、轮系布置等多个方面对前端辅助动力驱动系统进行分析和探讨，为以后的轮系设计及优化工作提供参考。

前端辅助动力驱动系统；工作原理；轮系布置

前言

汽车发动机前端辅助动力驱动系统是汽车发动机动力传输的纽带，关系到汽车发动机的曲轴能否将燃油燃烧产生的动力传输至各个附件，使各附件正常实现自己的功能。随着汽车技术的发展，人们对于汽车动力的要求也越来越高，而一个优异的前端辅助动力驱动系统对发动机的动力性、经济性和可靠性都具有很大的影响与作用。

目前，世界大多数汽车发动机的前端辅助驱动系统都采用皮带进行动力传输，通过对各功能附件的轮系布置，对各轮系子零件的设计以及对轮系的适应性张紧，达到传输曲轴动力的目的，以实现发动机的正常工作。因此，本文将针对系统的工作原理与组成、系统辅助性部件的分析、轮系的布置等方面来剖析内燃机轮系的设计，了解其内部结构以及一些与设计相关的基本注意事项。

1 系统组成与工作原理

图1 前端辅助动力驱动系统

汽车发动机前端辅助动力驱动系统一般由皮带、张紧器、惰轮、以及各功能附件（发电机、水泵等）等组成，通过曲轴传出的动力，使曲轴皮带轮带动皮带传动，利用皮带与各附件皮带轮的摩擦，来实现发动机的动力传输工作。前端辅助动力驱动系统如图1所示：

常规的汽车发动机工作时，燃油会在活塞顶部燃烧释放能量，而所释放的能量会推动活塞在缸筒内运动。此时，首尾分别与活塞和曲轴相连的连杆会通过活塞的运动带动曲轴转动，通过曲轴的转动以前端辅助动力驱动系统为纽带驱动各个功能附件，从而使发动机的功能附件模块能够得到动力输入，实现发动机的正常运转。

2 轮系布置

前端辅助动力驱动系统中，轮系的布置是其核心骨架，其影响因素有很多，如：附件皮带轮的平行度与对齐度、附件之间的距离、附件带轮的皮带包角、附件安装的先后顺序、附件对于发动机其他零部件的相对位置要求等，只有保证在有限的空间内和零部件的使用要求范围内轮系的布置达到最优，才能使化发动机的动力传输效率最大化。

附件安装的平行度与对齐度是轮系布置的基本要求，只有达到一定的对齐度，才能保证发动机运转时皮带不会异响、磨损、翻边、脱落，一旦汽车行驶中皮带失效，对汽车发动机的损害会非常大，严重时甚至会影响汽车驾驶员的安全。如图2所示，皮带轮设计安装时，对于其位置有一定的对齐度要求，皮带轮相对于理论安装平面的倾斜角ϴ和两个带轮之间的共面夹角β，其最大值要求：

图2 对齐度

各附件之间的距离是根据附件安装位置决定的，不过一般附件之间的距离也是有要求的。如果附件之间的距离过大会导致附件之间皮带段过长，导致皮带抖动剧烈容易产生异响，皮带张力也衰减的更快，并且与其他零部件也存在动态干涉风险，此时就需要通过添加惰轮来减小跨度。如果附件之间的距离过小，会导致皮带在短距离段内张力较大，以致影响皮带寿命，并且附件距离过近也会使皮带轮上的皮带包角变小，皮带存在滑移风险。

皮带包角是各附件能够被皮带驱动的关键因素之一，只有皮带轮上的包角达到一定的角度，才能够使附件皮带轮成功被皮带驱动，功能附件才能够实现自己的作用。一般包角是通过附件布置，并且适当的添加惰轮，张紧轮等来实现的。包角不是越大越好，只有合理布置，合理分配，并且通过振动与皮带滑移试验校核才能够保证轮系包角达到最优的地步。

在前端辅助动力驱动系统中，各附件的布置位置不是随意放置的，很多功能附件是与其他零部件的相对位置戚戚相关的，比如发电机的布置位置不宜太低，否则发电机内容易进异物导致失效，且发电机也要考虑排气侧的热害风险；水泵布置位置不宜过高，因为一般发动机出水管为发动机上部，如果水泵位置过高就会导致发动机进水管位置过高，影响发动机的冷却效果。所以，布置附件时需要多方面综合考虑，以防影响发动机的正常工作。

3 轮系主要辅助性部件

3.1 皮带

皮带是发动机前端辅助动力驱动系统能够实现作用的核心零部件，只有通过皮带的传动，才能够使发动机的动力输出至各功能附件。

一般发动机上使用的皮带类型有三种，V带、多楔带和正时带。皮带一般由顶布、楔胶、线绳组成，顶布一般采用耐磨材料；楔胶是皮带直接与皮带轮接触实现摩擦的部分，不仅耐磨还要有一定的强度；线绳一般采用高强度纤维绳，具有较小的延伸率和高的抗拉断能力。

在汽车发动机领域使用最多的是多楔带，多楔带可以看做是由多根V带并排组成的，但减小了每楔的尺寸，并且多楔带摒弃了V带的缺点，继承了其优点，具有带薄体轻、柔性好、传动振动小、散热快、占用空间小传动紧凑等特点，并且其背部也可去驱动平轮，大大提高了轮系布置的自由度，使其在轮系驱动中得到了广泛的应用。

3.2 张紧器

一般张紧器分为自动张紧器和手动张紧器两种，其主要作用就是在发动机正常工作时给皮带提供一个稳定的张紧力，此张紧力要控制在一定范围内，张力过大会对影响皮带的寿命，张力过小则会造成皮带在皮带轮中打滑，甚至导致皮带脱落。

手动张紧器多种多样，不过大多手动张紧器都是通过调节螺栓来控制传动螺栓的位置使张紧轮随之移动，从而控制皮带的张紧。自动张紧器是多楔带轮系中常用的调节皮带张力的工具，自动张紧器主要由转臂、壳体、皮带轮、弹簧、阻尼等组成，弹簧是其关键部件，弹簧的扭矩必须随转臂位置的改变而变化。通过弹簧这一关键部件，自动张紧器可以实现自动张紧皮带至一定张力的功能，省去了手动张紧器二次张紧皮带的步骤，为发动机售后维护带来了很大的便利。

3.3 惰轮

惰轮是发动机前端辅助驱动系统的辅助性部件，特别对于使用多楔带的轮系而言，惰轮是多楔带能够使其优点最大化的有力支持，也正因为有了惰轮的参加，多楔带轮系布置才能够拥有这么大的施展空间。

常规的惰轮有平惰轮和槽惰轮两种，在系统中可根据不同的附件的布置和皮带的绕向进行选择，分别作用在多楔带的背面和楔形面。惰轮在系统中一般用于两个方面，一是当附件之间距离过大导致处于自由状态的皮带段过长时，为了避免皮带抖动，在皮带段适当位置添加一个惰轮就可以增加一个皮带受力点，减小自由皮带段的长度，有效解决这一问题；第二个方面就是当皮带在附件皮带轮上的包角过小时，在空间允许的情况下可以添加惰轮，通过惰轮对于皮带绕向的影响可以有效增加皮带轮上的包角。

4 结语

综上所述，汽车发动机前端辅助动力驱动系统在汽车发动机中占据很重要的地位，是发动机动力输出的纽带，而在设计时更要把每一个零部件都放在系统中甚至发动机整体上去综合考虑。系统中所有的零部件都是运动件，更有皮带这样的工作寿命相对较短的橡胶材质部件，所以在设计整个轮系时一定要做好动态分析，使系统工作达成一个良性循环，避免试制时反复调试而导致费时又费力，特别是现在国际上对于发动机的要求越来越高，我们应该在设计阶段就打好基础，从根本上去提高发动机的性能和品质，从而及时应对发动机市场的变化，满足其需求。

[1] 于增信.汽车发动机构造,原理与维修[M].机械工业出版社,2014.

[2] 李承谦.柴油机前端附件驱动系统的设计[J].柴油机设计与制造, 2008（01）.

Work analysis of the auxiliary power drive system of the front end of automobile engine

Fan Xiaokang

（Anhui Jianghuai Navistar Diesel Engine Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

The front-end auxiliary power drive system of automobile engine is the key core of the power transmission of automobile engine, which is related to the engine electrical equipment, cooling, braking steering and other aspects. This paper will analyze and discuss the front-end auxiliary power drive system from the aspects of working principle, components, and wheel arrangement, providing reference for the design and optimization of wheel system in the future.

Front-end auxiliary power drive system; principle of operation; Gear train layout

B

1671-7988(2018)24-166-03

U464

A

1671-7988(2018)24-166-03

U464

范孝康，学士，发动机设计工程师，就职于安徽江淮纳威司达柴油发动机有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.059