CN105952857B - 一种可变刚度的张紧器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变刚度的张紧器结构，包括张紧器壳体、预紧弹簧和柱塞，张紧器壳体内设有高压油室，柱塞滑动连接在高压油室中，预紧弹簧设于高压油室底部与柱塞之间，柱塞顶部设有与高压油室相通的泄压阀腔，泄压阀腔内设有泄压阀。本发明能根据正时链条所需张力大小来调整张紧器提供的张力，相对降低张紧器刚度，有效降低张紧器提供的张力，降低正时链条的张力从而降低正时链条与导向轨、链轮之间的摩擦损失功。

Description

一种可变刚度的张紧器结构

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机部件，更具体地说，它涉及一种可变刚度的张紧器结构。

背景技术

发动机的正时链张紧器用于保证发动机在工作过程中正时链条处于张紧状态，起到起动过程中防跳齿、运行过程中始终张紧链条的作用，从而实现配气机构精确工作，既能补偿链条的伸长并抑制曲连机构运动的不规则扭振对链传动的影响，又能补偿零部件公差和温度变化对传动产生的各种影响。从现有张紧器的结构来看，张紧器高压油室内的机油主要从柱塞与壳体之间的间隙流出，由于该截流面积固定不变，机油的流出速度与机油动力粘度、内外压力差等有关，单位时间内从高压油室内流出的机油的量决定了张紧器短时间内的刚度，流出的机油量越少说明张紧器刚度大，反之，说明张紧器刚度小。当发动机正时链条在高速运动并伴随振动时，张紧器的柱塞作往复快速运动，现有结构的张紧器无法实现泄露流量系数随链条张力的变化而变化，即无法避免正时链条长期处于高张力状态。考虑到正时链条在高速运动时所需的张力低于张紧器提供的张力，如果可以相对降低张紧器刚度，有效降低张紧器提供的张力，则可以降低正时链条的张力从而降低正时链条与导向轨、链轮之间的摩擦损失功。如前所述，改变张紧器内外压差，可以有效改变张紧器工作流量系数，因此这是一种降低张紧器刚度的途径。公开号为CN201050388的实用新型于2008年4月23日公开了一种汽车发动机正时链条自动张紧器，包括：张紧器本体、导向衬套、导向支板、挺杆、张紧弹簧、张紧器衬套、内平板和张紧器本体支板，其特征在于，所述张紧器本体、导向支板和张紧器本体支板为一个整体的张紧器本体。采用本实用新型的汽车发动机正时链条自动张紧器，将张紧器和导链板合二为一，减少安装螺栓；装配前张紧器本体与挺杆用锁销锁死，便于安装，装配后拔出锁销即可，工艺简单。但该实用新型不能根据正时链条张力需求进行刚度调整，因此还是会存在正时链条长期处于高张力状态，正时链条与导向轨、链轮之间的摩擦损失功较大的问题。

发明内容

现有的传统液压型张紧器存在不能根据正时链条张力需求进行刚度调整的不足，为克服这一缺陷，本发明提供了一种能通过改变张紧器内外压差来改变张紧器流量系数，从而能根据正时链条所需张力大小来调整张紧器提供的张力，有效减少正时链系统在高速工况下摩擦损失的可变刚度的张紧器结构。

本发明的技术方案是：一种可变刚度的张紧器结构，包括张紧器壳体、预紧弹簧和柱塞，张紧器壳体内设有高压油室，柱塞滑动连接在高压油室中，预紧弹簧设于高压油室底部与柱塞之间，柱塞顶部设有与高压油室相通的泄压阀腔，泄压阀腔内设有泄压阀。发动机在不同工况下运行时正时链条所需的张紧力不同，一般在低速范围内正时链系统运行比较平顺，正时链条张紧力处于一个较低的水平，反映为张紧器柱塞工作位移较小，能够提供一个较为稳定的张紧力。而在高速范围内正时链系统运行相对比较恶劣，正时链条振动相对增大，链条张紧轨摆动幅度增大，反映为柱塞上的张紧力增大，张紧器短时间内呈现出较大的刚性，张紧器高压油室内的油压增大，此时泄压阀可被高压油室内的机油触发导通，部分机油直接通过泄压阀流出，排出到张紧器外部，使高压油室的油压降低，降低张紧器整体内外压差，此时单位时间内从高压油室内流出的机油的量减少，张紧器刚度降低。所以，当泄压阀打开时张紧器表现较为柔软，当泄压阀关闭时张紧器表现较为刚硬。

作为优选，柱塞中心设有一与泄压阀腔同轴的柱塞中心腔，柱塞中心腔内径大于泄压阀腔内径，预紧弹簧置于柱塞中心腔中。柱塞中心挖空成柱塞中心腔，预紧弹簧可以大部埋入柱塞中心腔中，既不影响预紧弹簧对外施力的，又利于解决预紧弹簧的径向定位问题，还利于张紧器的结构紧凑优化。

作为优选，柱塞上沿轴截面设有一变压槽，变压槽与高压油室相通，变压槽槽底上设有一与柱塞中心腔连通的通孔，该通孔中滑动连接一活塞销，活塞销与该通孔适配,变压槽槽壁上滑动连接有一可自复位的耦合四连杆机构，活塞销也与该耦合四连杆机构铰接，耦合四连杆机构上设有一封槽杆，封槽杆与柱塞的轴线平行且适配嵌设于变压槽中，耦合四连杆机构处于复位状态时封槽杆外侧面与柱塞周面平齐。在自然状态下，封槽杆与柱塞周面平齐，封槽杆与高压油室内壁的间隙与柱塞周面与高压油室内壁的间隙相仿，此时变压槽可视为被封闭，高压油室内的油压也处于低位，高压油室内的机油几乎无法进入变压槽中；而当高压油室内的油压增大时，油压除触发泄压阀外，还可推动活塞销外移，活塞销又推动耦合四连杆机构动作，带动封槽杆径向移向变压槽深处，即封槽杆陷入变压槽中，变压槽现出，在柱塞周面与高压油室内壁间提供了一条过油通道，高压油室内的机油可进入变压槽中或沿变压槽外排，这就相当于高压油室突然扩容或泄压，因而高压油室油压也可瞬间降低，配合泄压阀，进一步加强降低张紧器内外压差，降低张紧器刚度的效果。

作为优选，所述耦合四连杆机构包括一菱形四连杆和一输出端四连杆，菱形四连杆包括一对相邻的主动杆和一对相邻的从动杆，其中一根主动杆的一端滑动连接在变压槽槽壁上的一滑槽中，该主动杆的另一端与另一主动杆共同铰接在活塞销外端，主动杆和从动杆之间设有压簧，输出端四连杆呈平行四边形，输出端四连杆与菱形四连杆共用一从动杆，封槽杆位于输出端四连杆一条边上且与该共用从动杆相邻。活塞销沿径向向外移动时，推动主动杆扩张，进而带动从动杆联动，主动杆和从动杆克服压簧推力从两侧向中间挤压，使得输出端四连杆也沿着柱塞轴向拉长，带动封槽杆向主动杆与变压槽槽壁的连接点靠近，从而实现封槽杆对变压槽的解封。

作为优选，在变压槽的轴向上，朝向高压油室底部的变压槽一端封闭。封槽杆在变压槽内可移动，因此封槽杆封住变压槽槽口时，变压槽内其它部分都是未被填满的，朝向高压油室底部的变压槽一端封闭，更容易确保封槽杆封住变压槽槽口，即高压油室内的油压处于低位时柱塞对高压油室的良好密封。

作为优选，朝向高压油室底部的变压槽一端端壁上设有变压槽台阶结构，封槽杆的朝向高压油室底部的一端也设有与变压槽台阶结构匹配的封槽杆台阶结构。封槽杆端部与变压槽端部通过台阶结构配合可以提高密封性能，在不需高压油室降压时，确保高压油室内的机油不会进入变压槽。

作为优选，在变压槽的轴向上，朝向高压油室顶部的变压槽一端封闭。朝向高压油室顶部的变压槽一端封闭，即变压槽不与外界相通，封槽杆解封时变压槽只是扩大高压油室容积而降低油压，高压油室内的机油并不会经变压槽向外排出。

作为另选，在变压槽的轴向上，朝向高压油室顶部的变压槽一端通至柱塞顶面。这样变压槽与外界相通，封槽杆解封时变压槽直接引导高压油室内的少量机油经变压槽向外排出，降压更迅速。

作为优选，柱塞底端设有锥度。油压过高时柱塞与高压油室内壁的间隙也可以排出少量的机油，柱塞底端设置锥度可以更好地进行排油导流。

作为优选，泄压阀包括泄压阀壳体、阀球、泄压阀弹簧和端盖，端盖连接于泄压阀壳体顶部，泄压阀壳体底部设有漏斗状的通道口，阀球置于通道口中，泄压阀弹簧两端分别与端盖和阀球抵接。高压油室的油压增时，泄压阀中的阀球被高压油室内的机油顶开，部分机油直接从阀球与通道口间隙中排出高压油室，再穿出端盖流出，高压油室的油压降低。

本发明的有益效果是：

减少正时链系统在高速工况下摩擦损失。本发明能根据正时链条所需张力大小来调整张紧器提供的张力，相对降低张紧器刚度，有效降低张紧器提供的张力，降低正时链条的张力从而降低正时链条与导向轨、链轮之间的摩擦损失功。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明中泄压阀的一种结构示意图；

图3为本发明的另一种结构示意图；

图4为本发明在实施例3中的结构示意图。

图中，1-柱塞，2-排气孔，3-回位棘爪，4-泄压阀，5-预紧弹簧，6-单向阀，7-高压油室，8-张紧器壳体，9-低压油室，10-泄压阀壳体，11-阀球，12-泄压阀弹簧，13-端盖，14-变压槽，15-柱塞中心腔，16-泄压阀腔，17-活塞销，18-封槽杆，19-菱形四连杆，20-输出端四连杆，21-压簧，22-滑槽。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2所示，一种可变刚度的张紧器结构，用于张紧发动机的正时链，该张紧器结构包括张紧器壳体8、预紧弹簧5和柱塞1，张紧器壳体8内设有高压油室7，高压油室7底部固定一单向阀6，单向阀6内设有低压油室9。柱塞1大致呈圆柱形，柱塞1滑动连接在高压油室7中，预紧弹簧5设于高压油室7底部与柱塞1之间，柱塞1一侧设有齿条，张紧器壳体8上还设有一回位棘爪3，回位棘爪3与齿条啮合。柱塞1顶部设有与高压油室7相通的泄压阀腔16，泄压阀腔16顶部设有与外界相通的排气孔2，泄压阀腔16内设有泄压阀4，泄压阀4包括泄压阀壳体10、阀球11、泄压阀弹簧12和端盖13，端盖13连接于泄压阀壳体10顶部，泄压阀壳体10底部设有漏斗状的通道口，阀球11置于通道口中，泄压阀弹簧12两端分别与端盖13和阀球11抵接。柱塞1中心设有一与泄压阀腔16同轴的柱塞中心腔15，柱塞中心腔15内径大于泄压阀腔16内径，预紧弹簧5置于柱塞中心腔15中。

发动机在低速范围内运转时，正时链系统运行比较平顺，正时链条张紧力处于一个较低的水平，反映为张紧器的柱塞1工作位移较小，能够提供一个较为稳定的张紧力。而在发动机高速运转范围内正时链系统运行相对比较恶劣，正时链条振动相对增大，链条张紧轨摆动幅度增大，反映为柱塞1上的张紧力增大，张紧器短时间内呈现出较大的刚性，张紧器高压油室7内的油压增大，此时泄压阀4可被高压油室内的机油触发导通，部分机油直接通过泄压阀4流出，排出到张紧器外部，使高压油室7的油压降低，降低张紧器整体内外压差，此时单位时间内从高压油室7内流出的机油的量减少，张紧器刚度降低。

实施例2：

如图3所示，柱塞1上沿轴截面设有一变压槽14，变压槽14与高压油室7相通，变压槽14槽底上设有一与柱塞中心腔15连通的通孔，该通孔中滑动连接一活塞销17，活塞销17与该通孔适配,变压槽14槽壁上滑动连接有一可自复位的耦合四连杆机构，活塞销17也与该耦合四连杆机构铰接，耦合四连杆机构上设有一封槽杆18，封槽杆18与柱塞1的轴线平行且适配嵌设于变压槽14中，耦合四连杆机构处于复位状态时封槽杆18外侧面与柱塞1周面平齐。所述耦合四连杆机构包括一菱形四连杆19和一输出端四连杆20，菱形四连杆19包括一对相邻的主动杆和一对相邻的从动杆，其中一根主动杆的一端铰接一销轴，该销轴滑动连接在变压槽14槽壁上的一滑槽22中，该主动杆的另一端与另一主动杆共同铰接在活塞销17外端，主动杆和从动杆之间设有压簧21，输出端四连杆20呈平行四边形，输出端四连杆20与菱形四连杆19共用一从动杆，封槽杆18位于输出端四连杆20一条边上且与该共用从动杆相邻。在变压槽14的轴向上，变压槽14上、下两端均封闭。朝向高压油室7底部的变压槽14一端端壁上设有变压槽台阶结构，封槽杆18的朝向高压油室7底部的一端也设有与变压槽台阶结构匹配的封槽杆台阶结构。柱塞1底端设有锥度，变压槽14的底端位于柱塞1锥度的顶面和底面之间，这样封槽杆18内移时，变压槽14的槽口下端与高压油室7内壁的间隙大于柱塞1周面与高压油室7内壁的间隙，高压油室7内的机油可以迅速进入变压槽14。柱塞1为分体结构，由一大一小两个等高且互补的柱体拼合而成，较小柱体的横截面呈扇环状，且该扇环的圆心角为90°，柱塞中心腔15、泄压阀腔16均位于较大柱体上，较大柱体的270°扇面开口一端端壁上开出轴向的沟槽形成变压槽14。其余同实施例1。

发动机在低速范围内运转时，正时链系统运行比较平顺，正时链条张紧力处于一个较低的水平，反映为张紧器的柱塞1工作位移较小，能够提供一个较为稳定的张紧力。而在发动机高速运转范围内正时链系统运行相对比较恶劣，正时链条振动相对增大，链条张紧轨摆动幅度增大，反映为柱塞1上的张紧力增大，张紧器短时间内呈现出较大的刚性，张紧器高压油室7内的油压增大，此时泄压阀4可被高压油室内的机油触发导通，部分机油直接通过泄压阀4流出，排出到张紧器外部，使高压油室7的油压降低，降低张紧器整体内外压差，此时单位时间内从高压油室7内流出的机油的量减少，张紧器刚度降低。与此同时，封槽杆18也随高压油室7内油压变化而变动位置，配合泄压阀4的动作，强化张紧器内部调压作用。封槽杆18外表面为弧面，弧面曲率半径与柱塞1周面曲率半径相等，在自然状态下，封槽杆18外表面与柱塞1周面平齐，这样封槽杆18与高压油室7内壁的间隙与柱塞1周面与高压油室7内壁的间隙相仿，此时变压槽14可视为被封槽杆18完全封闭，高压油室内7的油压也处于低位，高压油室7内的机油几乎无法进入变压槽14中；而当高压油室7内的油压增大时，油压除触发泄压阀4外，还可推动活塞销17外移，活塞销17又推动主动杆扩张，进而带动从动杆联动，主动杆和从动杆克服压簧21推力从两侧向中间挤压，使得输出端四连杆20也沿着柱塞1轴向拉长，带动封槽杆18向主动杆与变压槽14槽壁的连接点平移靠近，即封槽杆深入变压槽中，变压槽现出，从而实现变压槽14的解封，在柱塞1周面与高压油室7内壁间提供了一条过油通道，高压油室7内的机油可进入变压槽14，这就相当于高压油室7突然扩容，因而高压油室7油压也可瞬间降低，配合泄压阀4，进一步加强降低张紧器内外压差，降低张紧器刚度的效果，使得张紧器刚度自调节更为迅速。

实施例3：

在变压槽14的轴向上，朝向高压油室7顶部的变压槽14一端通至柱塞1顶面，如图4所示。其余同实施例2。

高压油室7内油压过高时，油压推动活塞销17，带动耦合四连杆机构，封槽杆18对变压槽14解封，高压油室7的部分机油通过泄压阀4和变压槽14两条途径外排，降低张紧器内外压差，进而降低张紧器刚度。

Claims (8)

1.一种可变刚度的张紧器结构，包括张紧器壳体（8）、预紧弹簧（5）和柱塞（1），张紧器壳体（8）内设有高压油室（7），柱塞（1）滑动连接在高压油室（7）中，预紧弹簧（5）设于高压油室（7）底部与柱塞（1）之间，其特征是柱塞（1）顶部设有与高压油室（7）相通的泄压阀腔（16），泄压阀腔（16）内设有泄压阀（4），柱塞（1）中心设有一与泄压阀腔（16）同轴的柱塞中心腔（15），柱塞中心腔（15）内径大于泄压阀腔（16）内径，预紧弹簧（5）置于柱塞中心腔（15）中，柱塞（1）上沿轴截面设有一变压槽（14），变压槽（14）与高压油室（7）相通，变压槽（14）槽底上设有一与柱塞中心腔（15）连通的通孔，该通孔中滑动连接一活塞销（17），活塞销（17）与该通孔适配，变压槽（14）槽壁上滑动连接有一可自复位的耦合四连杆机构，活塞销（17）也与该耦合四连杆机构铰接，耦合四连杆机构上设有一封槽杆（18），封槽杆（18）与柱塞（1）的轴线平行且适配嵌设于变压槽（14）中，耦合四连杆机构处于复位状态时封槽杆（18）外侧面与柱塞（1）周面平齐。

2.根据权利要求1所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是所述耦合四连杆机构包括一菱形四连杆（19）和一输出端四连杆（20），菱形四连杆（19）包括一对相邻的主动杆和一对相邻的从动杆，其中一根主动杆的一端滑动连接在变压槽（14）槽壁上的一滑槽中，该主动杆的另一端与另一主动杆共同铰接在活塞销（17）外端，主动杆和从动杆之间设有压簧（21），输出端四连杆（20）呈平行四边形，输出端四连杆（20）与菱形四连杆（19）共用一从动杆，封槽杆（18）位于输出端四连杆（20）一条边上且与该共用从动杆相邻。

3.根据权利要求1所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是在变压槽（14）的轴向上，朝向高压油室（7）底部的变压槽（14）一端封闭。

4.根据权利要求3所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是朝向高压油室（7）底部的变压槽（14）一端端壁上设有变压槽台阶结构，封槽杆（18）的朝向高压油室（7）底部的一端也设有与变压槽台阶结构匹配的封槽杆台阶结构。

5.根据权利要求1所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是在变压槽（14）的轴向上，朝向高压油室（7）顶部的变压槽（14）一端封闭。

6.根据权利要求1所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是在变压槽（14）的轴向上，朝向高压油室（7）顶部的变压槽（14）一端通至柱塞（1）顶面。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是柱塞（1）底端设有锥度。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的可变刚度的张紧器结构，其特征是泄压阀（4）包括泄压阀壳体（10）、阀球（11）、泄压阀弹簧（12）和端盖（13），端盖（13）连接于泄压阀壳体（10）顶部，泄压阀壳体（10）底部设有漏斗状的通道口，阀球（11）置于通道口中，泄压阀弹簧（12）两端分别与端盖（13）和阀球（11）抵接。