CN102362099B - 具有微调特征的张紧装置 - Google Patents

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Abstract

在一个方面，本发明涉及用于使带张紧的带张紧装置，该带张紧装置包括：枢轴，该枢轴能够相对于发动机的发动机缸体固定地安装；张紧装置臂，该张紧装置臂可转动地安装至枢轴以便在自由臂止动部位置与载荷止动部位置之间绕张紧装置臂轴线枢转；带轮，该带轮可转动地安装至张紧装置臂以便绕带轮轴线转动；张紧装置弹簧，该张紧装置弹簧定位成使张紧装置臂沿第一方向偏置，其中，张紧装置弹簧具有第一端部和第二端部，其中，第一端部与张紧装置臂接合；以及微调机构，该微调机构被操作性地连接为控制张紧装置弹簧的第二端部的位置从而控制张紧装置弹簧中的张力。

Description

具有微调特征的张紧装置
技术领域
本发明涉及用于使诸如正时带、正时链以及辅助传动带之类的发动机从动元件张紧的张紧装置。特别地，本发明涉及正时带张紧装置以及对由张紧装置产生的带张力的控制。
背景技术
用于正时带、正时链以及辅助传动带的张紧装置是众所周知的。然而，一些张紧装置只有在用于安装它们的紧固件被松开时是可调节的。但是，因为在张紧装置未完全固定地安装至发动机的情况下操作发动机代表严重的安全性危害，所以这防止它们在运转的发动机上被调节。然而，不幸地，在运转的发动机上调节张紧装置是调节张紧装置的最准确的方式。
关于一些张紧装置的另一个问题是，如果它们在最初安装期间未被正确地调节，则将它们保持于发动机的螺栓被松开，并且它们被重新定位。然而，螺栓的松开基本上使张紧装置失去其对于可接受调节的任何接近度。因此，第二次安装尝试不是第一次安装尝试的精进。因此，第二次安装尝试不太可能比第一次尝试成功。此外，以该方式重新安装张紧装置是费时的。
这种张紧装置的另一个问题是，安装过程通常是手动地执行的，并且这不适合于自动化过程。
提供至少部分地缓解前述这些问题中的一个或多个的张紧装置将是有利的。
发明内容
在一个方面，本发明涉及用于使带张紧的带张紧装置，该带张紧装置包括：枢轴，该枢轴能够相对于发动机的发动机缸体固定地安装；张紧装置臂，该张紧装置臂可转动地安装至枢轴以沿第一方向以及沿相反的第二方向绕张紧装置臂轴线枢转；带轮，该带轮可转动地安装至张紧装置臂以绕带轮轴线转动；以及张紧装置弹簧，该张紧装置弹簧定位成使张紧装置臂朝自由臂止动部位置偏置，其中，张紧装置弹簧具有第一端部和第二端部，其中，第一端部与张紧装置臂接合；以及微调机构，该微调机构操作性地连接为对张紧装置弹簧的第二端部的位置进行控制，从而控制张紧装置弹簧中的张力。
在另一个方面，本发明涉及使发动机上的带张紧的方法，该方法包括：
a)提供张紧装置，该张紧装置包括：枢轴；张紧装置臂，该张紧装置臂可转动地安装至枢轴以在自由臂止动部位置和载荷止动部位置之间绕张紧装置臂轴线枢转；带轮，该带轮可转动地安装至张紧装置臂以绕带轮轴线转动；张紧装置弹簧，该张紧装置弹簧定位成使张紧装置臂朝自由臂止动部位置偏置，其中，张紧装置弹簧具有第一端部和第二端部，其中，第一端部与张紧装置臂接合；
b)以如下方式将张紧装置安装至发动机的发动机缸体：使得张紧装置臂轴线被固定，以及使得带轮与带接合；以及
c)使张紧装置弹簧的第二端部运动、而保持张紧装置臂轴线固定，从而调节偏置力，张紧装置臂以该偏置力接合带。
在另一个方面，本发明涉及将张紧装置自动地安装在发动机上以及在张紧装置固定地安装至发动机之后精细调节带张力的方法。
在另一个方面，本发明涉及一种张紧装置，该张紧装置能够在被固定地安装至发动机之后依据其带张力分布曲线图而被精调。
附图说明
现在将仅参照附图经由示例描述本发明，其中：
图1是根据本发明的实施方式的安装至发动机的发动机缸体的张紧装置的立体图；
图2是图1中示出的张紧装置的放大平面图，其中，弹簧端部位于沿卷绕方向受迫压的第一位置；
图2a是图2中示出的张紧装置的一部分的侧视图；
图3是图1中示出的张紧装置的平面图，其中，弹簧端部位于第二或标称位置；
图4是图1中示出的张紧装置的平面图，其中，弹簧端部位于沿展开方向受迫压的第三位置；
图5a是图1中示出的张紧装置的分解立体图；
图5b是图1中示出的张紧装置的截面侧视图；
图6是图1中示出的张紧装置的下侧的平面图，示出了抵靠自由臂止动部的弹簧端部；
图7是图1中示出的张紧装置的下侧的平面图，示出了位于标称位置的弹簧端部；
图8是图1中示出的张紧装置的下侧的平面图，示出了抵靠载荷止动部的弹簧端部；
图9至图10是图1中示出的张紧装置的立体图，示出了张紧装置上的枢轴的调节。
图11是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了受流体驱动的替代性致动器；
图12是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了受流体驱动的另一个替代性致动器；
图13是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括螺线管的替代性致动器；
图14是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括具有机械联动装置的螺线管的另一替代性致动器；
图15是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括被动形状记忆合金致动器的另一个替代性致动器；
图16是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括齿轮马达的另一个替代性致动器；
图17是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括螺旋千斤顶装置的另一个替代性致动器；
图18和图19是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了处于前进位置和缩回位置的包括主动形状记忆合金致动器的另一个替代性致动器；
图20是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括通过缆索推动弹簧端部的致动器的另一个替代性致动器；
图21是图1中示出的张紧装置的平面图，示出了包括通过缆索拉动弹簧端部的致动器的另一个替代性致动器；
图22是示出在沿卷绕方向调节弹簧端部时用于张紧装置的张力分布曲线图；
图23是示出当在标称位置调节弹簧端部时用于张紧装置的张力分布曲线图；
图24是示出在于展开方向上调节弹簧端部时用于张紧装置的张力分布曲线图；
图25a是示出在图22至24中所示出的用于张紧装置的三个张力分布曲线图的图；
图25b是图25a中示出的图的一部分的放大视图；以及
图26是控制器和传感器的示意图，根据本发明的实施方式的张紧装置可以包括或使用该控制器和该传感器。
具体实施方式
参照图1，图1示出了根据本发明的实施方式的带张紧装置10。带张紧装置10示出为安装至发动机13的发动机缸体12。张紧装置10用于使诸如传动带或正时带之类的带16张紧。图2以平面视图示出了张紧装置10的放大视图。图5a示出了张紧装置10的分解立体图。图5b示出了张紧装置10的截面侧视图。
参照图5b，张紧装置10包括任选的基板17、枢轴18、张紧装置臂20、带轮22、张紧装置弹簧24、可以被称为粗调(macro-adjustment)机构26的用于带张力的粗略调节机构26以及可以被称为微调(micro-adjustment)机构28的用于带张力的精细调节机构28。基板17能够安装至发动机缸体12并且为在下面进一步描述的微调机构28提供安装表面。基板17可以经由多个基板紧固件32(图1)而安装至发动机缸体12。
参照图5b，枢轴18包括枢轴本体34和位于枢轴本体34的以38示出的远端端部处的枢轴凸缘36。枢轴本体34具有穿过其中的枢轴紧固件孔40，枢轴紧固件孔40允许枢轴紧固件14穿过其中以将枢轴18紧固至基板17，从而可转动地固定枢轴18。枢轴紧固件孔40沿着枢轴转动轴线42延伸。
枢轴18具有绕张紧装置臂枢转轴线46定中心的张紧装置臂安装表面44。张紧装置臂20可转动地安装至张紧装置臂安装表面44、并且因此绕张紧装置臂枢转轴线46枢转。应注意，张紧装置臂枢转轴线46与枢轴紧固件孔40间隔开——即，从枢轴紧固件孔40偏移。当枢轴紧固件14仅部分地紧固在张紧装置安装孔15中时，枢轴18是可转动的，这使得能够绕枢轴转动轴线42调节张紧装置臂枢转轴线46的角位置。还在图2中以平面视图示出两个轴线42和46。再次参照图5b，通过张紧装置臂枢转轴线46和枢轴紧固件孔40的偏移性质来设置粗调机构26，并且将在下面进一步讨论粗调机构26。
枢轴18具有示出在枢轴凸缘36的延伸部上的调节工具接收孔50。调节工具接收孔50构造成接收调节工具51(在图9和图10中示出)。在示出的示例性实施方式中，调节工具接收孔50具有六边形形状，并且调节工具51是艾伦内六角扳手(Allen Key)，然而可以使用任意其它合适的形状和任意其它合适的工具。为了调节张紧装置臂枢转轴线46的转动位置，如通过插入到紧固件14中的工具(例如，艾伦内六角扳手)的沿图9中示出的方向的转动所示出的，首先在必要时从基板17松开枢轴紧固件14。优选地，尽可能少地松开枢轴紧固件14从而相对于发动机缸体12的安装有枢轴18的面尽可能法向地保持枢轴18。当被松开时，使用调节工具51以使枢轴18(并且因此使张紧装置臂枢转轴线46)绕枢轴转动轴线42转动直至其到达选定的位置为止。当其处于选定的位置时，可枢轴紧固件14上紧以使枢轴18和张紧装置臂枢转轴线46的位置固定。
参照图5b，张紧装置臂20具有套筒部51，套筒部51经由以52示出的套筒支承件而可转动地安装至枢轴18上的张紧装置臂安装表面44。张紧装置臂20通过枢轴凸缘36远端地保持在枢轴18上、并且通过张紧装置臂限制表面54近端地保持在固定地连接(例如，通过焊接)至枢轴18的弹簧支承环56上。弹簧支承环56辅助保持张紧装置弹簧24。
支承垫圈57可以设置在张紧装置臂20的套筒部51的远端端部与枢轴凸缘36之间以减少摩擦，该摩擦将在张紧装置10的使用期间阻止张紧装置臂20的转动。套筒部51的近端端部可以制造有以58示出的相对较小的接触区域，以使得在它与张紧装置臂限制表面54之间产生相对较小的摩擦。
张紧装置臂20包括绕带轮轴线62定中心的带轮安装表面60。带轮22经由轴承64可转动地安装至带轮安装表面60、并且因此绕带轮轴线62枢转。基于尤其是需要为张紧装置臂20提供的行进量而将张紧装置臂20的尺寸设定成使得带轮轴线62与张紧装置臂枢转轴线46间隔开选定的量。还可以在图2中的平面视图中看到轴线62、46和42。
带轮22可以具有任意合适的构造。例如，图中示出的带轮22包括带接合表面66以及第一凸缘部68和第二凸缘部70，第一凸缘部68和第二凸缘部70设置成在使用期间防止带16脱离带轮22。
张紧装置弹簧24保持在弹簧室67中，弹簧室67部分地由张紧装置臂20且部分地由弹簧支承构件56限定。参照图2，张紧装置弹簧24提供偏置力，该偏置力沿第一方向(朝带16)迫压张紧装置臂20从而在带16中提供选定量的张力。在图中示出的实施方式中，张紧装置弹簧24是扭簧并且具有第一端部68和第二端部70。张紧装置弹簧24的第一端部68定位在设置于张紧装置臂20上的第一端部槽72(图6)中。张紧装置弹簧24的第二端部70穿过张紧装置臂20中的第二端部槽74(图6和图5a)从弹簧室67向外延伸。
张紧装置臂20的第二端部槽74由第一端部壁76和第二端部壁78限界。第一端部壁76和第二端部壁78用作限制张紧装置臂20朝带16以及远离带16所能够行进的角范围的第一限制表面和第二限制表面。第一端部壁76可以被称为自由臂止动部并且限制张紧装置臂20沿第一方向(即，朝着带16的方向或指向带16的方向)的行进。第二端部壁78可以被称为载荷止动部并且限制张紧装置臂20沿第二方向(远离带16)的行进。
在使用期间，如图7所示，张紧装置10可以调节成使得弹簧24的第二端部70被定位成使其相对于以79示出的标记定中心。在该位置，弹簧24使张紧装置臂20将特定的张紧力施加在带16上。在带16中的张力减小(例如，由于发动机的热收缩)的情况下，张紧装置弹簧24的偏置力沿朝带16的方向(即，沿第一方向、朝自由臂止动部76)驱动张紧装置臂20。当张紧装置臂20朝自由臂止动部76运动时，弹簧24展开一些量，因此其施加在张紧装置臂20上的偏置力相应地减小，直至在张紧装置臂20与带16之间达到平衡为止。在带16中的张力增大(例如，由于发动机的热膨胀)的情况下，带16变紧，沿第二方向、朝载荷止动部78驱动张紧装置臂20。当张紧装置臂20朝载荷止动部78转动时，其使弹簧24卷绕，从而使由弹簧24施加在张紧装置臂20上的偏置力增大，直至在张紧装置臂20与带16之间达到平衡为止。
图23中示出的曲线图示出了带16中的张力在张紧装置臂20在转动经过介于其自由臂止动部位置与其载荷止动部位置之间的运动范围时的曲线。带16中的张力由以81b示出的曲线表示以使其区别于分别在图22和图24中以81a和81c示出的张力分布曲线。在曲线图中示出了竖向虚线80，该竖向虚线80标识出当发动机缸体12处于特定的标称温度(例如，25摄氏度)时所提供的带张力以及张紧装置臂20的角位置。在曲线图中还示出了竖向虚线82，该竖向虚线82标识出当发动机缸体12处于特定的低温例如-40摄氏度时的带张力和张紧装置臂20的角位置。在曲线图中还示出了竖向虚线84，该竖向虚线84标识出当发动机缸体12处于特定的高温(例如，120摄氏度)时的带张力和张紧装置臂20的角位置。应注意，所示出的张力曲线81b是为图中示出的、处于图7中示出的调节的状态下、并且安装在特定发动机上用于与特定的带16一起使用的特定张紧装置10所特有的。曲线81b的形状将依据任意这些前述元件的变化而变化。在本公开中，就张紧装置10的操作和性能而言，术语发动机温度和发动机缸体温度用于表示基本上相同的事物。
参照图6，如果在不改变张紧装置臂枢转轴线46在发动机缸体12上的位置的情况下、要沿使弹簧24展开的方向将弹簧24的第二端部70调节选定的量，则带16上的由张紧装置10提供的张力曲线将如在图24中以81c示出的那样。再次以竖线80表示发动机缸体标称温度(例如，25摄氏度)，以线82表示冷温度(例如，-40摄氏度)，以及以线84表示高温(例如，120摄氏度)。
参照图8，如果在不改变张紧装置臂枢转轴线46在发动机缸体12上的位置的情况下、要沿使弹簧24卷绕的方向将弹簧24的第二端部70调节选定的量，则带16上的由张紧装置10提供的张力曲线将如在图22中所示。再次以竖线80表示发动机缸体标称温度(例如，25摄氏度)，以线82表示冷温度(例如，-40摄氏度)，并且以线84表示高温(例如，120摄氏度)。
图25a和图25b(是图25a的一部分的放大视图)示出了位于单个曲线图上的全部三个张力分布曲线81a、81b和81c。可以看到，对于图6至图8中示出的特定张紧装置10，在张紧装置臂20的角位置范围的、在大约直至用于张紧装置臂20的大约33度的角度为止的整个部分内，带张力分布曲线81c比曲线81b低。在大约该角度处，曲线81a和曲线81b相交，而超过该角度，带张力分布曲线81a比带张力分布曲线81b高。这意味着，当张紧装置臂20越过大约33度时，使弹簧端部70沿展开方向从标称位置运动实际上使带张力增大。这是因为与具有调节至特定角度的枢轴18、具有这种特定发动机上的特定带的这种特定张紧装置有关的特定几何形状。从图25a和图25b还可以看到，对于低于大约36.5度的张紧装置臂角度而言，曲线81a比曲线81b高，而超过该角度，曲线81a在曲线81b下方，这意味着，在超过大约36.5度的张紧装置臂角度的情况下，沿卷绕方向从标称位置调节弹簧端部70使带张力减小。
通常，高的带张力既具有优点也具有缺点。带16上的高张紧力使发动机中的扭转振动将在带16中产生共振的可能性降低。扭转振动由在发动机运转期间在曲轴的速度中出现的周期性变化(例如，正弦变化)引起。曲轴中的这些速度变化是能量传递的结果，该能量传递发生在活塞和连杆的往复运动与曲轴的转动运动之间。这些周期性速度变化可在带16中产生共振。带16中的共振可能具有若干消极后果。在带16是正时带的实施方式中，一个这样的后果是，如果共振的振幅太大，则这可能使带16失去其相对于凸轮轴的正时以及跳齿(skip)，如在本领域中众所周知的，这对大多数发动机而言将是灾难性的。因此，重要的是使诸如带16之类的正时带上的带跳齿的可能性降低。另外，共振甚至可能在没有严重到足以引起带跳齿时使带16的寿命降低。通过将带16保持在相对较高的张力下，抑制了扭转振动的效果，从而使共振的可能性降低。
然而，高的带张力的重要缺点是，因为在带张力增大时，发动机仅为了转动就必须相对较费力地工作，所以高的带张力使发动机动力的与带相关联的附加损失增大。此外，过高的带张力可以消极地影响带16的寿命。
微调机构28允许根据需要来调节弹簧24的第二端部70以控制张紧装置10的弹簧张力分布曲线。显著地，微调机构28允许在无需松开枢轴紧固件14的情况下进行这种调节。这在将张紧装置10安装在发动机13上的过程中以及在发动机13的后续测试期间是有利的。当张紧装置10安装至发动机13时，将存在：在张紧装置臂20的相对于带16的精确定向和定位方面的一些变化、在弹簧24的偏置力方面的一些变化、以及其它的公差。为了补偿这些变化以及考虑其它作用例如发动机组装设施中的环境温度相对于发动机被设计运转的标称温度，可以使用微调机构28调节弹簧24的第二端部70的位置，从而使张力分布曲线朝图24中以曲线81c示出的分布曲线移动、或者使张力分布曲线朝图22中以曲线81a示出的分布曲线移动。
在一些现有技术的张紧装置中，如果张紧装置未定位在可接受的调节范围内，则张紧装置上的枢轴紧固件需要被松开以使张紧装置可以被重新调节。然而，在一些现有技术的张紧装置的情况下，一旦枢轴紧固件被松开，则失去枢轴的定位，这意味着相当大一部分的安装过程将需要被重复。此外，因为安装过程基本上被重复，所以存在张紧装置的第二次安装尝试仍将导致不合适的张力分布曲线的可能性。此外，如果不能在安装现有技术的张紧装置的两次或三次尝试之后实现可接受的张力分布曲线，则发动机组装公司的策略可能是退掉该张紧装置以及安装新的张紧装置来代替、或者在更极端的情况下，可能重做整个发动机，使与该发动机相关联的组装时间和成本显著地增加。相比之下，使用根据本发明的实施方式的张紧装置10，如果张紧装置10在初始安装在发动机13上之后未提供合适的张力分布曲线，则可以调节微调机构28以使张力分布曲线处于可接受的范围内，从而消除基本上重新安装张紧装置10的需要。应注意，这并不是说微调机构28必需能够补偿张紧装置10的每一个不良安装。简单地说，微调机构28允许一些张紧装置10能够被调节以及快速且容易地达到可接受的性能参数内，而无需紧固件14的松开和张紧装置10的随后的重新安装。
微调机构28可以采取任意合适的构型。例如，在图2中示出的实施方式中，微调机构28包括凸轮86，凸轮86能够在任意期望的角位置处(经由凸轮紧固件88)固定地安装至基板17。凸轮86示出为处于图2中的高张力位置、图3中的标称张力位置以及图4中的低张力位置。如图2a所示，凸轮86具有边缘面90，边缘面90成沟道形以使其保持弹簧24的第二端部70、并且阻止第二端部70不经意地滑离边缘面90。
此外，凸轮86还可包括用于接收凸轮调节工具(未示出)的调节工具接收孔92，凸轮调节工具可以是诸如艾伦内六角扳手之类的任意合适的工具。为了调节凸轮86，在必要时松开紧固件88，工具(未示出)可以用于根据需要使凸轮86转动，然后将紧固件88上紧。
应注意，图2、图3和图4中示出的微调机构28是手动调节机构、是转动机构、并且能够在其调节范围内无限地调节。
可替代地，可以提供诸如在图11中示出的微调机构28之类的、能够在两个或更多个不连续的位置之间运动的微调机构28。图11中的微调机构28包括致动器94，致动器94是线性致动器并且使用流体压力在一位置与第二位置之间移动。更具体地，致动器94包括位于流体室98中的活塞96、和任选的偏置结构100，所述任选的偏置结构100在这种情况下由第一弹簧100a和第二弹簧100b构成。流体室包括位于第一端部104处的第一孔口102和位于第二端部108处的第二孔口106。在第一孔口102处提供处于第一压力的流体，在第二孔口106处提供处于第二压力的流体。通过控制第一孔口102和第二孔口106处的流体压力，活塞96可以运动至第一位置或第二位置。当从第一孔口102和第二孔口106排放时，弹簧100a和100b将活塞96带回到构成用于致动器94的第三位置的原位置。第一位置和第二位置可分别与用于弹簧24的第二端部70的高张力设定和低张力设定相对应。第三位置可与用于第二端部70的标称设定相对应。
活塞96从外壳伸出并且连接至弹簧24的第二端部70。与弹簧24的第二端部70的连接可以借助于以110示出的球形杆端部，该球形杆端部包括球形套筒以使该连接能够适应当活塞96延伸和缩回时在弹簧24的第二端部70与活塞96之间发生的角变化。球形杆端部可以由igusInc.(PO BOX 14349，East Providence，R.I.02914)提供。
应当注意，图11中示出的致动器94可以是气动致动器或液压致动器。
参照图12，图12示出了致动器94，但是相对于图11中示出的实施方式在构造上具有一些变化。更具体地，第一孔口102是排放口，因而，第一流体压力是大气压力。另外，偏置结构100仅包括第一弹簧112。
参照图13，其中，致动器94是电磁螺线管114(其可以被简单地称为螺线管114)而不是如图11和图12所示的流体驱动的致动器。在图13中示出的实施方式中，螺线管114驱动与弹簧24的第二端部70接合的致动构件116。螺线管114可以构造成在其可用位置中的每一个位置处锁住和锁定。示出了将螺线管114连接至诸如安装有发动机的车辆中的电气系统之类的合适电源的电气管道118。
示出了使弹簧24的第二端部70与致动构件116连接的球形杆端部110。
螺线管114可以是任意合适类型的螺线管、并且可以构造为能够定位在两个位置、或可以构造为能够定位在三个或更多个位置。
参照图14，图14示出了通过联动装置120连接的螺线管114和弹簧24的第二端部70。联动装置120包括第一杆122、枢转构件124以及第二杆126。第一杆122由螺线管114线性地直接致动并且通过销连接件127连接至枢转构件124。枢转构件124还通过销连接件128连接至第二杆126。当第一杆122沿着第一方向运动时，其使枢转构件124绕枢转轴线130转动，这进而驱动第二杆126以沿着第二方向运动，该第二方向可相对于第一方向位于任意选定的角度。在所示出的实施方式中，第二杆126总体垂直于第一杆122运动。因此，联动装置120可以用于将致动器94构造成在没有足够的空间以便设置如图13所示的致动器94的情况下经由选定的角度来操作。另外，销连接件127和128的力矩臂可以选择为使得通过联动装置120提供机械的优点，从而允许使用相对较小的致动器94以在弹簧端部70上提供选定的致动力。
在图13和图14中示出的实施方式中，螺线管可以构造为使得其被供能以沿一个方向(例如，用于使弹簧24卷绕的方向，该方向可以被称为卷绕方向)运动、以及失能以沿相反方向(例如，用于使弹簧24展开的方向，该方向可以被称为展开方向)运动。螺线管114可以具有内部的偏置弹簧，该偏置弹簧使螺线管114沿所述相反方向偏置。另外或可替代地，弹簧24的第二端部70可以用于提供偏置力以沿展开方向驱动螺线管114。
参照图15，其中，致动器94是形状记忆合金致动器132。形状记忆合金致动器132包括形状记忆合金构件134，形状记忆合金构件134提供用于使弹簧端部70沿卷绕方向运动的驱动力。图15中示出的形状记忆合金致动器132是被动式致动器、并且具有诸如例如80摄氏度之类的、选择为处于发动机13的运转温度范围(例如，介于-40摄氏度与120摄氏度之间)内的转变温度。在高于该转变温度的情况下，形状记忆合金构件134改变其长度并且将以136示出的致动构件从第一位置驱动到第二位置以沿卷绕方向驱动弹簧端部70。在低于该转变温度的情况下，形状记忆合金构件134返回至较长的形状，这允许弹簧端部70、以及任选地、允许致动器132内部的偏置构件(未示出)沿弹簧展开方向驱动致动构件。在图15中示出的实施方式中，通过致动构件136上的沟道形端面138而构成致动构件136与弹簧端部170之间的连接，这阻止了弹簧端部沿离开图15所示视图中的页面的方向运动，这在概念上与图2a中示出的经由凸轮86的沟道形边缘面90的保持作用相似。可替代地，致动构件136可以设有诸如图11至图14中示出的杆端部110之类的球形杆端部。
参照图16，其中，致动器94是转动致动器、并且包括操作性地连接至以148示出的致动构件的电马达140。马达140具有输出轴142，该输出轴142上带有第一齿轮144。第一齿轮144可以是如所示出的直齿轮。第一齿轮144驱动第二齿轮146，第二齿轮146可以构造成比第一齿轮144大以便使来自马达142的可用扭矩增加。第二齿轮146在其上安装有凸轮148，凸轮148提供用于接合弹簧端部70的沟道形边缘面150。电气管道152可以将马达142连接至诸如用于车辆的电气系统之类的电源。马达142可以是双向伺服马达等、并且可以因此而能够基本上无限地调节位置以使弹簧端部70能够在介于低张力位置与高张力位置之间的范围内无限地调节位置。可用作图16中的致动器94的任选的齿轮马达致动器包括美国专利US 3,954,016、US 4,131,306、US4,674,781、US 4,850,466、US 4,885,954、US 4,893,704、US 5,338,076、US 5,634,676、US 5,862,903以及US 5,983,739中所公开的这些致动器，特此通过参引的方式结合所有这些专利。
作为图16中所示出的齿轮144的替代性方案，马达输出轴142可用于驱动蜗轮，该涡轮可设有防止蜗轮被反向驱动的螺纹布置。这将便于
参照图17，其中，致动器94是螺旋千斤顶类型的致动器158，可以根据需要而手动地调节该螺旋千斤顶类型的致动器158以在必要时使弹簧端部70运动从而调节带张力。当以160示出的致动构件缩回时，弹簧端部70沿展开方向偏置、因此沿展开方向运动。
参照图18和图19，其中，致动器94是主动式形状记忆合金致动器164。致动器164具有带有转变温度的形状记忆合金构件166，该转变温度选择为处于发动机13的运转温度范围之外(优选为高于发动机13的运转温度范围)。例如，转变温度可以选择为大约200摄氏度。因此，致动器164将不因受发动机温度本身的影响而被动地被致动。致动器可以包括在必要时连接至车辆的电气系统(或连接至任意合适的电源以及接地)的导线167a和167b、并且可以被电加热从而能够被可选择地致动。所示出的致动器164包括偏置构件168，偏置构件168使以170示出的致动构件沿展开方向偏置，从而在电力接通时(图18)，致动器164克服偏置构件168并且使弹簧端部70沿卷绕方向运动；而在断开通向致动器164的电力时(图19)，构件166返回至低温形状(长型形状)，弹簧端部70和偏置构件168使致动构件170沿展开方向运动。应理解，弹簧端部70本身可另外地或可替代地用作致动构件170用偏置构件。致动器164可以是二位致动器、或者可以替代性地构造成能够定位在三个或更多个位置。
在美国专利4,160,226、5,345,963和5,381,952中示出了可以用于致动器164的形状记忆合金线性致动器的示例，特此通过参引的方式结合所有这些专利。
参照图20，其中，致动器94是经由缆索180而作用在弹簧端部70上的线性致动器(例如，螺线管114、或者图11至图12中示出的流体驱动的致动器94中的一个)。缆索180可以是诸如Bowden缆索之类的任意合适类型的缆索。在图20中示出的实施方式中，缆索180通过致动构件182而运动以沿卷绕方向推动弹簧端部70。偏置构件(其例如可以是致动器(例如，螺线管114)的一部分、或者可以是弹簧端部70本身)沿展开方向迫压缆索。
参照图21，其中，致动器94是经由缆索190而作用在弹簧端部70上的线性致动器(例如，螺线管114、或者图11至图12中示出的流体驱动的致动器94中的一个)，除了在图21中所示出的实施方式中，缆索190的致动沿卷绕方向拉动弹簧端部70之外，该线性致动器与图20中示出的实施方式相似。
应注意，在图中示出的实施方式中，弹簧端部70本身使微调机构28沿朝着使弹簧24展开的方向偏置，因此，可以视为是用于微调机构28的偏置结构的一部分。
应注意，在图11至图21中示出的实施方式中的一些中，使用球形杆端部，而在其它的实施方式中使用具有沟道形端部的杆。应理解，在示出具有沟道形状的杆端部的实施方式中，可以使用球形杆端部，而在示出球形杆端部的实施方式中，可以替代性地使用成沟道形的边缘面。
还应注意，图12中示出的机械式联动装置以及图20和图21中示出的缆索式联动装置可以与包括气动致动器、液压致动器、螺线管致动器以及形状记忆合金致动器在内的若干类型的致动器一起使用。
任选地，张紧装置10可以包括以200示出的控制器(图26)，该控制器200操作性地连接至微调机构28，以便在安装有发动机13和张紧装置10的车辆的使用期间调节弹簧24的第二端部70的位置。控制器200可以接收来自一个或多个来源的输入、并且可以在确定弹簧24的第二端部70所设置的位置时使用这些输入以确定一个或多个参数。特别地，控制器200可以使用的一个参数是发动机缸体温度。缸体温度直接影响发动机13的热膨胀或收缩的状态。然而，带16经受与发动机缸体12相比相对较少的尺寸变化，因此，当发动机缸体12热收缩时，带16变松弛并且具有较小的张力，而相反地，在发动机缸体12热膨胀时，带16变紧并且具有增大的张力。
当发动机缸体12冷却时，带16具有相对较低的张力，张紧装置臂20朝其自由臂止动部76枢转，在这种情况下，将张紧装置臂20压靠带16的偏置力相对较小。当判定发动机缸体12具有低的缸体温度时，控制器200可以编程为使弹簧24的第二端部70沿卷绕方向运动至图4a中示出的“低缸体温度”位置，以便使由弹簧24施加在张紧装置臂20上的偏置力增大，从而使带16中的张力增大。这使得带16对于诸如扭转振动之类的某些作用较不敏感。发动机13具有低的缸体温度的特定示例是在发动机13的起动期间。在诸如某些柴油发动机之类的某些发动机中，在发动机起动期间出现的扭转振动是特别严重的、并且可能在带16中产生共振。通过在发动机相对较冷时使控制器200编程为在带16上保持相对较高的偏置力，阻止在带16中产生共振及其随后的后果。
随着发动机缸体12在运行一段时间之后变热，带16中的张力由于发动机缸体12的热膨胀而增大。另外，在一些情况下，随着发动机13变热，发动机13中的扭转振动的量减小。带16中的增大的张力使张紧装置臂20沿朝着载荷止动部78的方向运动一些量，这使弹簧24在张紧装置臂20上的偏置力增大。然而，因为在该阶段扭转振动的引起共振的水平降低，所以施加在张紧装置臂20上和因此施加在带16上的偏置力在此时可能比防止带16中的共振所必需的偏置力高。因此，控制器200可以编程为使弹簧24的第二端部70沿展开方向运动至图4b中示出的位置，以便使弹簧24的偏置力减小，从而使带张力减小。由于以上所述，当在带16中保持相对较高的张力有利于阻止共振时，控制器200在带16中保持相对较高的张力，而在有助于带共振的因素较少成问题时，控制器200在带16中保持相对较低的张力，从而使发动机13上的附加损失减小。
使控制器200能够判定缸体温度的、为控制器200所提供的输入可以来自缸体12中的温度传感器202。控制器200可以编程为总是使弹簧24的第二端部70沿卷绕方向运动以在车辆起动期间使弹簧偏置力增大，而不是接收关于缸体12的温度信息。控制器200可以编程为在自从发动机开始起动以后已经经过了选定的时间段时进行感应。当选定的时间段过去时，控制器200可以编程为基于如下假设而向下调节弹簧24的偏置力：假设在选定的时间段已经过去之后，发动机13已经加热适当的量以使带16中的张力增大且不再具有高的扭转振动程度。
控制器200可以在用于弹簧24的第二端部70的合适位置的确定中使用的另一个参数是带16中的张力。为此，控制器200可以接收来自带张力传感器204的输入。带张力传感器204可以是任意类型的传感器。例如，带张力传感器204可以包括通过带16而偏转与带16中的张力相关的量的接合构件上的应变仪。在美国专利6,484,593中示出这种传感器，特此以参引的方式结合该美国专利6,484,593。可替代地，张力传感器204可以是测量发动机13的运行期间的带16的振动频率的传感器，控制器200可以基于振动频率确定带张力。这种传感器的特定示例是由Integrated Display Systems Limited(Maurice Road，Wallsend，Tyneand Wear，UK，NE28 6BY)制造的Clavis Belt Tension Meter(带张力计)。带张力的测量可以被控制器200用来调节弹簧24的第二端部70的位置。控制器200可以接收来自带张力传感器204的输入、并且可以单独地基于该输入或基于与诸如缸体温度之类的参数相关的其它输入来确定使弹簧24的第二端部70运动到哪里以实现选定的带张力。
带张力传感器204可以用作闭环控制系统的一部分、被控制器200用来在使用张紧装置10所实现的实际带张力中实现更大程度的精度。例如，在发动机13的起动期间，控制器200可基于来自温度传感器202的输入而确定在带16中需要一定的张力以阻止共振。最初，控制器200可以使弹簧24的第二端部70移动至特定位置以实现期望的带张力。在弹簧24的第二端部70的运动期间，控制器200可以接收来自张力传感器84的表示带16与所期望的张力的接近程度的输入。使用该输入，控制器200可向着实现该期望的张力的用于弹簧24的第二端部70的特定位置导向。
控制器200可以基于来自诸如用于缸体12的温度传感器、扭转振动传感器86、曲轴角度位置传感器88之类的其它传感器的输入来确定在带16中实现的特定目标张力。
使用扭转振动传感器206，控制器200可以确定的另一个参数是在任意特定时刻出现的扭转振动的量。应注意，术语传感器应被广义地解释为包括构造为向另一装置发送信号的与复杂性无关的任意结构，该信号表示构件在传感器的环境中的状态。因此，传感器可以是如下部件的复杂系统：这些部件一起工作以感应特性并将该特性传送至一些装置。在PCT公开WO 2006/045181中描述了扭转振动传感器206的示例性实施方式，特此以参引的方式并入该PCT公开。通过确定发动机中扭转振动的程度，控制器200能以使共振在带16中发展的可能性降低的方式来调节张紧装置中的张力。
确定扭转振动的另一种方式可以使用发动机位置传感器208、以及使用来自传感器208的输入计算预期的扭转振动。所述发动机位置传感器208计算发动机的精确位置(例如，上止点等)，例如在美国专利7,188,021中示出的，特此以参引的方式结合该美国专利。
使用带伸长传感器210，控制器200可以确定的另一个示例性参数是带伸长的实际量。
可由控制器200确定的另一个参数是时间。例如，控制器200可以构造成在发动机起动时在选定的时间段内使带张力增大至高水平，并且可以基于如下假设在该选定的时间段之后使带中的张力减小：假设在该时间段之后，发动机已经变热，并且扭转振动减小。
应理解，图26中示出的传感器202、204、206、208和210并非旨在示出它们的实际位置，而是旨在示意性地表达连接至控制器200的传感器和连接至致动器94的控制器200。
应注意，控制器200可以构造成连续地修改弹簧端部70的位置以使有效的张力分布曲线在用于张紧装置臂20的一些角度范围内是相对平坦的(即，恒定的)。可替代地，控制器200可以构造成通过连续地调节弹簧端部70的位置而为张紧装置的张力分布曲线提供任意有效的形状。
可替代地，控制器200可以使用开环控制来操作，其中，控制器200响应于输入(例如，带张力、或缸体温度)而使弹簧24的第二端部70运动，但是其中，控制器200未设有反馈以确定其是否已经实际上为带16提供了期望的张力。
已经描述了设置成与粗调系统26接合的微调系统28，粗调系统26需要具有偏心形状并且转动以控制张紧装置臂枢转轴线的位置的枢轴。可替代地，张紧装置可具有线性的而非转动的粗调系统。在美国专利No.6,149,542中示出了这种线性调节机构的示例，该美国专利No.6,149,542的全部内容通过参引的方式结合于此。
基板17是有利的，其中，基板17允许张紧装置10预安装在操作位置从而可使用紧固件32将基板17简单地安装至发动机13(图1)。当基板17安装至发动机13时，可以根据需要手动地或自动地调节微调机构28以设定用于该特定张紧装置10的张力分布曲线。这减少了用于安装张紧装置所需的总安装时间和技能。然而，应理解，可以省略基板17，枢轴18可以经由紧固件14直接安装至发动机缸体12中的孔。在这种实施方式中，微调机构28还将单独地安装在发动机缸体12上的一个或多个合适的孔中。虽然这将消除与设置基板17相关联的成本，但是因为在安装期间将需要调节枢轴18的转动角以及因为将在缸体12上安装两个部件(即，枢轴18和微调机构28)而不是一个部件(基板17)，所以这将使用于张紧装置10的安装时间增多。
本文中示出的张紧装置10包括偏心地安装的枢轴18。应当注意，微调机构28可以设置用于调节诸如具有同心枢轴的张紧装置——例如在美国公开2009/0011881中所示出的，特此通过参引的方式结合该公开——之类的其它类型的张紧装置上的带张力。这种张紧装置包括单向离合器。
应注意，张紧装置10可以安装在发动机上、并且在安装之后可以使用微调机构来精细调节。因而，当紧固件14被完全上紧时，可以将张紧装置10调节至某种程度。这允许在发动机运行、燃烧燃料时对张紧装置10进行精细调节。因为使发动机运行以及燃烧燃料最接近地匹配张紧装置在位于车辆中时将被操作的条件，所以这使得张紧装置10能够被最准确地调节。应当理解，可选择地，可以通过其它的方法——例如通过在移除火花塞之后的曲轴的转动、或通过在安装有火花塞的情况下、发动机的经由电动马达或手动的转动——来使发动机转动。
还应注意，可以在将基板17安装在发动机上之前将张紧装置10预安装在基板17上。接着，基板可以通过合适的机器人装置安装在发动机上、并且还可以使用合适的机器人/自动化装置执行使用微调机构28进行的精细调节。因而，安装张紧装置10的整个过程可以是自动化的。
虽然以上描述构成本发明的多个实施方式，但是应理解，在不偏离所附权利要求的合理含义的情况下，本发明允许进一步的修改和变化。

Claims (7)

1.一种用于使带张紧的带张紧装置，包括：
枢轴，所述枢轴能够相对于发动机的发动机缸体固定地安装；
张紧装置臂，所述张紧装置臂被以可转动的方式安装至所述枢轴以便在自由臂止动部位置与载荷止动部位置之间绕张紧装置臂轴线枢转；
带轮，所述带轮被以可转动的方式安装至所述张紧装置臂以便绕带轮轴线转动；
张紧装置弹簧，所述张紧装置弹簧定位为使所述张紧装置臂朝所述自由臂止动部位置偏置，其中，所述张紧装置弹簧具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部与所述张紧装置臂接合；
连接至所述枢轴的基板，其中，所述基板能够与所述发动机缸体上的基板锁定结构接合以使所述基板相对于所述发动机缸体的转动位置固定；以及
微调机构，所述微调机构构造成用以控制所述张紧装置弹簧中的张力，
其特征在于，所述微调机构构造成：使所述张紧装置弹簧的所述第二端部在保持所述张紧装置臂固定的同时沿使所述张紧装置弹簧展开或卷绕的方向相对于所述枢轴运动，所述微调机构包括凸轮，所述凸轮能够在任意期望的角位置处经由凸轮紧固件固定地安装至所述基板，所述凸轮具有边缘面，所述边缘面成沟道形以保持所述张紧装置弹簧的所述第二端部并且阻止所述第二端部不经意地滑离所述边缘面。
2.如权利要求1所述的带张紧装置，还包括自由臂止动部和载荷止动部，其中，所述自由臂止动部和所述载荷止动部分别控制所述张紧装置臂的所述自由臂止动部位置和所述载荷止动部位置，其中，所述微调机构控制能够在所述张紧装置臂与所述自由臂止动部位置之间以及在所述张紧装置臂和所述载荷止动部位置之间获得的角范围的量。
3.如权利要求1所述的带张紧装置，还包括故障安全弹簧限制结构，所述故障安全弹簧限制结构能够在选定的位置处连接至所述发动机缸体，从而在所述微调机构故障的情况下防止所述张紧装置弹簧的所述第二端部在所述故障之后的运动。
4.如权利要求1所述的带张紧装置，还包括粗调机构，所述粗调机构操作性地连接为控制所述张紧装置臂轴线的位置。
5.如权利要求4所述的带张紧装置，其中，所述枢轴具有紧固件孔，所述紧固件孔沿着枢轴转动轴线延伸并且构造为适于枢轴紧固件穿过，并且其中，所述枢轴具有张紧装置臂安装表面，所述张紧装置臂被以可转动的方式绕所述张紧装置臂安装表面安装以便沿着张紧装置臂枢转轴线转动，其中，所述张紧装置臂枢转轴线与所述枢轴转动轴线彼此间隔开，并且其中，所述紧固件孔的位置和所述张紧装置臂安装表面的位置包括在所述粗调机构中。
6.一种使发动机上的带张紧的方法，包括：
a)提供张紧装置，所述张紧装置包括：枢轴；张紧装置臂，所述张紧装置臂被以可转动的方式安装至所述枢轴以便在自由臂止动部位置与载荷止动部位置之间绕张紧装置臂轴线枢转；带轮，所述带轮被以可转动的方式安装至所述张紧装置臂以便绕带轮轴线转动；张紧装置弹簧，所述张紧装置弹簧定位成使所述张紧装置臂朝所述自由臂止动部位置偏置，其中，所述张紧装置弹簧具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部与所述张紧装置臂接合；连接至所述枢轴的基板，其中，所述基板能够与所述发动机的发动机缸体上的基板锁定结构接合以使所述基板相对于所述发动机缸体的转动位置固定；以及微调机构；
b)以如下方式将所述张紧装置安装至所述发动机的发动机缸体：使得所述张紧装置臂轴线被固定，以及使得所述带轮与所述带接合；以及
c)在保持所述张紧装置臂轴线固定的同时，通过所述微调机构使所述张紧装置弹簧沿使所述张紧装置弹簧展开或卷绕的方向相对于所述枢轴运动以调节使所述张紧装置臂与所述带接合的偏置力，
其特征在于，所述微调机构构造成使所述张紧装置弹簧的所述第二端部相对于所述张紧装置臂运动，所述微调机构包括凸轮，所述凸轮能够在任意期望的角位置处经由凸轮紧固件固定地安装至所述基板，所述凸轮具有边缘面，所述边缘面成沟道形以保持所述张紧装置弹簧的所述第二端部并且阻止所述第二端部不经意地滑离所述边缘面，以及其中，所述步骤c)包括通过转动所述凸轮来使所述张紧装置弹簧的所述第二端部运动。
7.如权利要求6所述的方法，还包括将燃料添加至所述发动机、使所述发动机起动、和通过使所述燃料燃烧而使所述发动机运转，以及在所述发动机的运转期间执行步骤c)。
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