CN101512189A - 带有双向阻尼器的张紧器 - Google Patents

Abstract

一种用于动力传递系统的张紧器包括两个张紧臂，这两个张紧臂可运行地与该动力传递系统的链条或皮带的段相接合。每个张紧臂的上端被连接到一个双向阻尼器上，该双向阻尼器被枢转地安装在这些张紧臂的上端之间。当达到一个预定的链条张力超载阈值时，克服该阻尼器的摩擦系数所需要的扭矩的量允许该张紧器以最小的振动和最小的相变的变动来调整该链条中的张力。

Description

带有双向阻尼器的张紧器

技术领域

本发明涉及用于内燃机的闭环动力传递系统的张紧器领域。该动力传递机构可包括一个链条或者一个传送带，但是为了描述本发明的目的，提及一种链条。更具体地讲，本发明包括一种双臂张紧器，该双臂张紧器用于同时对该主动链轮和至少一个从动链轮之间的链条的两个段进行张力调整，该张紧器包括一个对抗的或者“双向”阻尼器。

背景技术

一种张紧装置被用于控制一个闭环动力传递系统(如一根链条)，这是在该链条在连接到内燃机的多个运转轴上的多个链轮之间行进时进行的。在此系统中，该链条将动力从一个主动轴传输到至少一个从动轴，如一个凸轮轴上，这样，一部分链条就在任何时刻可以是松驰的，而一部分链条则是绷紧的。重要的是在链条上施加并保持受控程度的张力以防止噪音、滑移或者在有齿链条的情况下防止这些齿脱离啮合。在内燃机的链条驱动的凸轮轴的情况下，防止此类滑移尤为重要，因为从凸轮轴链轮的跳齿将丢失凸轮正时，从而有可能对发动机造成损害或致使它完全不能运转。

在内燃机的严酷环境中，众多因素引起链条的任何特定部分在其旋转周期的任何时间的张力波动。例如，极端的温度变化以及在发动机的不同部件之间的热膨胀系数的差异能够导致链条上的张力在过高水平与低水平之间快速交替。而且，在长期的使用之后，该动力传递系统的部件的磨损造成链条张力的逐渐降低。此外，凸轮轴与曲柄轴所引起的扭转振动也会导致链条张力的相当大的变化。例如，发动机的反转也可以造成链条张力的显著波动，如在发动机的停止过程中或者在启动发动机时不成功的尝试过程中出现的发动机的反转。由于这些原因，希望有一种机构来消除链条绷紧侧上过多的张力而同时确保对链条的松驰侧施加适当的张力。

液压张紧器是保持适当的链条张力的一种公知的装置。一般来讲，这些机构采用一种杠杆臂，它推靠在该动力传递系统的松弛侧上的链条上。液压将一个活塞推靠在该杠杆臂上，该杠杆臂进而强制啮合链条以便在松弛状况下使之绷紧。

叶片弹簧张紧器也普遍地用于控制一根链条或传送带，其中负载波动并非严重到足以过分地压迫这些弹簧。一个常规的叶片弹簧张紧器包括一个叶片靴，该叶片靴具有一个弯曲的链条滑动表面，该表面与它所接合的链条段保持接触。为了增加施加在链条上的张紧力的量值，在该叶片靴与该链条滑动表面之间安装至少一个叶片弹簧。一个托架容纳该叶片靴以及该链条滑动表面。该托架通过多个螺栓、铆钉或其他此类装置被牢固地安装到该发动机上。可能仅存在一种安装装置，它可允许该托架响应于变化的张力负载而枢转。根据需要，该枢转点可在该托架的任一端或者在其中间。可替代地，该托架可通过两个或更多的安装装置被牢固地安装到该发动机上，这些安装装置有效地防止张紧器的任何枢转运动。在任何情况下，这些安装装置被定位于张紧器与之接合的链条的段的附近。这些安装装置通常位于该链条环路本身之外。

图1提供了一种常规的链条驱动系统的一个图像，该系统具有一个叶片张紧器以及一个引导件。一个闭环链条8包围主动链轮12和从动链轮10。每个链轮10和12独立地加速和减速，同时保持向前运动。一个固定的引导件14被附接到在链条的张紧段上的一个托架7上。与在该链条的松弛段上的固定的引导件14相对的是一个张紧器16，该张紧器至少半刚性地固定到托架7上并且被偏置朝向链条的绷紧段。多个螺栓18将包含张紧器16和引导件14的托架紧固到发动机气缸体(未示出)上。

当主动链轮12加速或者从动链轮10减速时，在该链条的绷紧段产生了一个能量波或高的局部负载，该能量波或局部负载从速度已发生变化的链轮朝另一个链轮行进。链条8试图以最短的可能距离(这是一条直线)跨过与起动链轮接触的链条的部分与另一个链轮之间的距离。能量通过该链条的自由段上的多个链节传递，直到它到达引导件14的端部，该引导件的端部吸收这种能量。作为高局部负载的恒定吸收的结果，引导件14的这些末端承受显著的磨损。若这种能量波起源于该松弛段，则该能量波也可以存在并且提供相同的结果。然而，这些能量波的作用可能完全不会发生，这取决于该张紧器如何出色地保持该链条没有这种松弛。

US 6,322,470披露了一种张紧器，它包括一对枢转臂，这对枢转臂用于同时张紧同一链条的两个分离的段之一。带有固定销的一个杠杆位于这两个段之间。这些臂被枢转地安装到这些固定的销并且延伸到该链条的这些段之外。它们含有接触该链条的外部部分的多个靴。杠杆的转动引起这些固定的销侧向移动并且将这些臂拉入，以同时将张力施加到链条的这些分离的段上。

参看图2，图中示出了如在美国专利公开号2005/0085322A1中所披露的一种链条张紧器组件。该链条张紧器组件包括一个张紧器116和一个链条引导件114，二者都被固定到一个托架136上。该张紧器116与该链条108的一个段相啮合，而链条引导件114与该链条的另一个段相啮合。该托架在一个枢转点120处枢转地安装到发动机壳体上，其中该枢转点位于孔128内，该孔在该链条的这两个段之间并且沿着在主动链轮112的中心轴与从动链轮110的中心轴之间形成的中线。允许该托架响应于松弛或绷紧的张力状况围绕该枢转点120在顺时针或逆时针方向上枢转。

美国专利号6,592,482披露了用于发动机的辅助驱动系统的一种张紧器。它包括位于枢转臂的一端上的一个滑轮，该枢转臂由一个扭力弹簧偏置朝向驱动带。该张紧器还包含与一个摩擦式离合器连接的一个单向离合器。该枢转臂被偏置为在驱动带的方向上移动，但被防止自由收缩，直到在该摩擦式离合器上达到一个预定的扭矩。仅在该驱动带上的张力超过该扭力弹簧上的力与该摩擦式离合器的预定扭矩的组合时才允许该滑轮移动离开该驱动带。

类似于‘482专利，美国专利公开号2005/0059518 A1披露了一种不对称传送带张紧器，当发生增加或减少的张力时，该张紧器提供阻尼。通过使用一个单向离合器使之有可能具有对任一状况进行调整的能力，该单向离合器仅允许朝向该传送带的一个方向上的运动。然而，当一定的高水平的传送带张力发生时，摩擦阻尼器的力被克服，从而允许离开该传送带的运动。

一个典型的闭环链条驱动动力传递系统将典型地具有在大部分时间都是绷紧的一段，而另外一段相对松弛。通常将高阻尼施加到一个方向而将低阻尼施加到相反的方向。这称为不对称阻尼。上述的这些常规张紧器通常放置一个张力调整器与主要松弛的那一段接触，而仅仅放置一个引导元件邻近绷紧的那一段。这些装置不能提供从主要的张力状况到相反的张力状况的平滑转换，其中绷紧的那一段变得松弛并且松弛的那段变得绷紧。人们希望能有一种张紧器，它可对链条的主要的张力状况的逆转下平滑地进行调整，这样遍及整个链条系统而经受一种更加平衡的负载。

发明内容

本发明是用于一个链条驱动动力传递系统的一种张紧器，该张紧器包括与该链条的两个段中的每一段可运行地相接合的一个张紧臂，该链条在主动轴的链轮和至少一个凸轮轴的至少一个链轮之间行进。每个张紧臂的下端被枢转地安装到发动机上。每个张紧臂的上端通过一个连接机构连接到该张紧器上，该张紧器在这些张紧臂的上端之间的一个位置处被枢转地安装到该发动机上。该张紧器充当一个双向阻尼器，因为它在张紧器的两个转动方向施加一个相等量的滑动扭矩。于是这些连接机构同时地将基本上相等的张力传输到该链条的两段中的每一段上。

该链条驱动系统的不同部件内的热膨胀、该链条的动态拉伸或遍及该系统的极度共振可能致使该张紧器将链条过度张紧。为了抵消这种状态，该双向阻尼器的相等的反向力致使这些张紧臂对整个链条系统保持一个基本上均匀的、或者对称的张紧作用。

附图说明

图1示出在链条的一段上运行的一个现有技术的张紧器，而一个链条引导件接触在一个闭环动力传递系统内的链条的另一段。

图2示出类似于图1所示张紧器的一个现有技术张紧器，除外允许托架围绕一个枢转点进行枢转，该枢转点沿连接主动链轮的中心轴线和从动链轮的中心轴线的中线定位。

图3是展示新张紧器的内燃机的闭环动力传递系统的前视概貌。

图4是不带张紧臂的张紧器的等轴视图。

图5是图4所示的张紧器的仅仅一半的切除图，示出了作为双向阻尼器进行互动的多个元件。

图6是在一台2.3L马自达发动机上在发动机测试过程中的一个常规张紧器的评估图表。

图7是在用于产生与图6中的图表相同的发动机上和相同的条件下一个单向离合器张紧器的图表。

图8是在用于产生与图6和图7中的图表相同的发动机上和相同的条件下本发明的双向阻尼器的图表。

具体实施方式

参见图3，它示出了本发明的张紧器350的概貌，该张紧器安装在内燃机的一个常规闭环动力传递系统上并且与其可运行地接合。所显示的发动机配置包括一个主动链轮305，该主动链轮与发动机(未显示)的主动轴相接合，以及两个凸轮链轮310和310’，各自与对应的凸轮轴(也未显示)相接合。这两个凸轮链轮310和310’被经由凸轮链轮305由一个驱动传递装置307供应的动力所驱动，该驱动传递装置可以是一条皮带或链条。该驱动传递装置307中的齿牢固地与这些链轮305、310以及310’之中的每一个的外圆周上的齿相啮合。为了说明的目的，该驱动传递装置将被称为链条307。

与链条307的每一段相接合的是一个左张紧臂320和一个右张紧臂330。左张紧臂320具有一个上部区域322和一个下部区域321。右张紧臂330具有一个上部区域332和一个下部区域331。在这个实施方案中，张紧臂320和330的对应的下部区域321和331是通过一个单一的枢转支座303被连接到发动机壳体上。然而，其他多个实施方案可能包括用于这些张紧臂的每一个的多个分离的枢转支座。该枢转支座303所允许的枢转作用允许每一个张紧臂响应于链条307的每一段内的张力的变化而移动。该张紧器350在该链条307的两段之间提供了一个基本上均匀并且一致的平衡力。

张紧器350包括一个基本上平面的上张紧器轭355，它被可枢转地连接到一个安装销352上。该安装销352通过常规手段，如螺纹或通过强力装配(未显示)，被牢固地附着到发动机壳体上。该张紧器350通过多个连接机构连接到每一个张紧臂。连接机构356被连接到第一张紧臂320的上部区域323，该第一张紧臂在一个第一轭销357和一个第一上部张紧臂销323之间。该第一轭销357和第一上部张紧臂销323均允许连接机构356的不受约束的运动。连接机构358被连接到第二张紧臂330的上部区域332，该第二张紧臂在一个第二轭销359和一个第二上部张紧臂销333之间。和第一连接机构356一样，该第二轭销359和该第二上部张紧器销333允许连接机构358的不受约束的运动。

图4是该张紧器的等轴视图，它未连接到张紧臂320和330上。所示出的连接机构356和358分别包括增强臂356a和356b，以及358a和358b。增强臂356a和356b围绕第一轭销357枢转。相应地，增强臂358a、358b围绕第二轭销359枢转。对连接机构356、358所示的配置可以被改变，取决于不同的设计参数，如强度要求和重量限制。从这方面看，一个相应的基本上平面的下张紧器轭365与一个上张紧器轭355一起示出。示出的一个扭力弹簧370处于该张紧器350的中心并且定位于该上部张紧器轭355和下部张紧器轭365之间。

图5提供了张紧器350的一个截面图。围绕安装销352的是一个中心套管380，该套管具有一个上部环形凸缘382和一个下部环形凸缘384。一个碟形弹簧390围绕该中心套管380。该碟形弹簧390通过上弹簧套管392与上张紧器轭355分隔开并且通过下弹簧套管394与下张紧器轭365分隔开。

一旦将张紧器350螺栓固定到发动机上，该张紧器即起到一个扭矩偏置的双向阻尼器的作用。张紧器安装销352将该中心套管叠夹紧，即中心套管380、碟形弹簧390、上弹簧套管392、以及下弹簧套管394。将该安装销352紧固到发动机气缸体(未显示)中不仅仅将扭力弹簧370压缩到一个特定的运行间隙，并且上张紧器轭355与上环形凸缘382之间的压缩以及下张紧器轭165与下环形凸缘384之间的压缩二者产生了一个阻曳系数，该阻曳系数提供对于该张紧器350的枢转运动的一个阻力。该阻曳系数的幅值由碟形弹簧的距该间隙的工作长度来决定，该间隙对应地由中心套管380和上、下弹簧套管392与394设置。紧固该张紧器的偏置扭矩由该扭力弹簧的尺寸来提供，该尺寸是相对于在上张紧器轭355、下张紧器轭365以及第一和第二轭销357、359的之间分别提供的空间。扭力弹簧370的一个腿抵靠在这些轭销之一上而另一个固定地到发动机气缸体上(未显示)。

本张紧器设计的最重要的优点是减小了在这个或这些凸轮轴和曲轴之间的相对定时的震荡的严重性。本张紧器350实现这个令人希望的目的，如图6-8的曲线所证明。

图6显示了相对的相角(以度为单位)作为一个2.3L正在生产的马自达发动机的发动机速度的一个函数。使用了生产的张紧器。该发动机的测试是在183℉的环境温度下进行的并且该发动机速度在@60秒内从@850RPMz增速到@7000，使发动机处在油门全开(WOT)的位置。很明显的是相角在-.05到超过+5.5度的范围内严重震荡。

图7显示了相同测试的结果，在相同的测试条件下，除外使用了一个单向轴承离合器。温度为180℉。该离合器被设置为在1Nm和2Nm的扭矩之间滑动。使用了一个约350N的弹簧。很清楚的是该张紧器减少了如生产的张紧器中所见的震荡并且将相角变化的总体范围减少到仅仅在-0.5和+2.0度之间。

图8示出了此处提出权利要求的张紧器。滑移扭矩被设置在1Nm和2Nm之间，如同图7所示的单向轴承离合器。温度还是180℉。所有的其他条件和部件保持相同。该图表不仅显示震荡已经被最小化(如同单向离合器)，并且在高达约4000RPM相角范围变化极小(从@0到@1.75度)并且该相角变化在7000RPM处被限制在@0.2和@1.5度之间。

很清楚的是本张紧器设计的双向张紧器350不仅使这个或这些凸轮与曲轴之间相对的相定时的变化最小化，而且它还积极地影响了定时误差内的震荡程度。这些优势不仅改进了发动机性能还起到减少不同的发动机部件上的磨损的作用，因此增加了发动机寿命。

因此，应理解在此说明的本发明的这些实施方案仅仅是对本发明的应用原理的说明。这里所提及的这些所说明的实施方案的细节并非旨在限制权利要求书的范围，权利要求书本身引用了那些被认为是本发明必需的特征。

Claims (14)

1.一种用于内燃机的连续环路动力传递系统的张紧器，该连续环路包括一个链条，该链条具有一个第一段以及一个第二段，每一段位于连接到一个主动轴上的一个主动链轮与连接到至少一个凸轮轴上的至少一个从动链轮之间，该张紧器包括：

a)一个第一张紧臂，该张紧臂具有一个第一末端、一个第二末端以及一个链条滑动表面，该链条滑动表面可运行地与该链条的第一段相接合；

b)一个第二张紧臂，该张紧臂具有一个第一末端、一个第二末端以及一个链条滑动表面，该链条滑动表面可运行地与该链条的第二段相接合，

c)一个双向阻尼器，该双向阻尼器具有一个相对平面的上张紧器轭以及一个相对平面的下张紧器轭，该上张紧器轭以及该下张紧器轭被安置为彼此共平面。

2.如权利要求1所述的张紧器，其中该双向阻尼器在各张紧臂的这些第一末端之间的一个位置处被可枢转地安装到该发动机上，一个第一连接机构通过一个第一轭销将该第一张紧臂的第一末端连接到该双向阻尼器并且一个第二连接机构通过一个第二轭销将该第二张紧臂的第一末端连接到该双向阻尼器。

3.如权利要求1所述的张紧器，其中该双向阻尼器是在一个第一方向可枢转并且，交替地，在一个第二并且相反的方向可枢转，以便响应于该链条张力内的连续波动来基本上相等地调整链条两段上的张力。

4.如权利要求1所述的张紧器，其中该上张紧器轭通过一个中心套管与该下张紧器轭分隔开，该中心套管具有一个孔，该孔用于接收一个安装销、一个上环形凸缘、以及一个下环形凸缘。

5.如权利要求4所述的张紧器，其中该安装销允许该张紧器的枢转运动。

6。如权利要求4所述的张紧器，其中一个碟形弹簧围绕该中心套管；该碟形弹簧通过一个上弹簧套管与该上张紧器轭分隔开并且通过一个下弹簧套管与下张紧器轭分隔开。

7.如权利要求6所述的张紧器，其中一个扭力弹簧围绕该碟形弹簧，该扭力弹簧的一个腿抵靠这些轭销之一并且该扭力弹簧的另一个腿固定在该发动机上。

8.如权利要求6所述的张紧器，其中该安装销对该扭力弹簧的压缩以及该碟形弹簧的长度在该中心套管与该上张紧器轭以及在该中心套管与该下张紧器的这些互动的表面之间产生一个阻曳系数。

9.如权利要求8所述的张紧器，其中该阻曳系数是基本上等于在该第一方向或第二方向转动该张紧器。

10.如权利要求1所述的张紧器，其中该连接机构具有至少一个增强臂。

11.如权利要求1所述的张紧器，其中该第一张紧臂的第二末端被枢转地安装到该发动机上。

12.如权利要求1所述的张紧器，其中该第二张紧臂的第二末端被枢转地安装到该发动机上。

13.如权利要求1所述的张紧器，其中该第一张紧臂的第二末端与该第二张紧臂的第二末端在相同的位置被枢转地安装到该发动机上。

14.如权利要求1所述的张紧器，进一步包括至少一个长形的叶片弹簧，该叶片弹簧在该第一张紧臂的链条滑动表面上。

15.如权利要求1所述的张紧器，进一步包括至少一个长形的叶片弹簧，该叶片弹簧在该第二张紧臂的链条滑动表面上。

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