CN106988826B - 用于凸轮驱动的变速张紧器 - Google Patents

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Abstract

一种用于皮带或链条的张紧器装置限定壳体，所述壳体限定孔，柱塞被设置在孔中。弹簧与柱塞相接合用于在向外方向上偏置柱塞。壳体进一步包括油室，所述油室连接到与油室连通的油通道用于将加压油传递到油室，其中当油室被加压时，加压油施加抵抗弹簧的力的反作用力。

Description

用于凸轮驱动的变速张紧器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机或者其它工业机器中的驱动链条或驱动皮带的变速张紧器，并且还可适用于平衡轴或油泵驱动系统。
背景技术
本节提供与本发明相关的背景信息，但该信息不一定是现有技术。
内燃机一般采用凸轮轴来打开和关闭发动机阀，以控制进入气缸用于在其中燃烧的进气的供给，以及燃烧后气体从其中的移除。凸轮轴驱动元件，比如正时皮带或正时链条，常常用于同步发动机的曲柄轴和凸轮轴的旋转，以便在每次气缸的进气和排气冲程过程中，发动机的进气阀和排气阀在适当的时间打开和关闭。
张紧器常常与正时皮带或正时链条一起用于发动机中。这种张紧器通常向正时皮带或正时链条施加力，以维持链条或者皮带的张紧，并且因此维持发动机的曲柄轴和凸轮轴的旋转正时。张紧器确保，独立于皮带或链条的运动，发动机的曲柄轴和凸轮轴之间的连接保持不变，同时限制相关部件上的应力。
发明内容
目前的张紧器在其中具有弹簧，以使用足够的负载来装载凸轮驱动系统，以控制在起动(低发动机速度)和在高发动机速度下的凸轮正时。但是在发动机速度的中等范围内，需要小得多的弹簧力。因此，本发明提供油压以抵靠弹簧负载工作，从而在中等范围的发动机速度(通常为1000-3000RPM)下，获得小得多的凸轮驱动张力。通过在中等范围的速度下减少驱动元件上的张力，可减小摩擦。这种摩擦减小可提高燃料经济性。此外，所得凸轮驱动上的较小平均张力还提高了部件的可靠性。
从本文所提供的描述中可以得知其他可应用领域。本发明内容中的描述和具体示例仅以说明为目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于对所选实施例的说明目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本发明的范围。
图1是根据本发明的原理的采用了张紧器装置的内燃机的皮带或链条驱动系统的示意图；以及
图2是根据本发明的原理的变速张紧器的示意图。
在所有的附图中，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
现在将参考附图更详细地描述示例性实施方式.
提供这些示例性实施例，以便本发明将是详尽的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。阐述了许多具体细节，比如具体部件、装置，以及方法的示例，以提供对本发明的实施例的彻底理解。对于本领域的技术人员显而易见的是，无需采用具体细节，示例性实施例可以多种不同的形式呈现，这都不应理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，众所周知的过程、众所周知的装置结构，以及众所周知的技术不再进行详细描述。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不旨在限制。如本文所使用，除非上下文明确指出，单数形式的“一”、“一个”以及“所述”可以旨在同时包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”，以及“具有”是包含性的，并且因此指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件，和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件，部件和/或其组合的存在或增加。除非具体指定了执行的次序，本文所述的方法步骤、过程和操作不应理解为必定需要以所讨论或所示的具体次序进行。还应当理解，可以采用额外的或者可替代的步骤。
当元件或层被称为“在...上面”、“接合到”、“连接到”或者“耦接到”另一个元件或者层时，这可能是直接在另一个元件或层的上面、接合、连接或耦接到另一个元件或层，或者可能存在插入元件或层。与此相反，当元件被称为“直接在...上面”、“直接接合到”、“直接连接到”或者“直接耦接到”另一个元件或者层时，则没有插入元件或层。用于描述元件间的关系的其它词应当以相同的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何组合和所有组合。
虽然术语第一、第二、第三等可在本文中使用以描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语仅可用于将一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文中明确指出，当在本文中使用时，术语比如“第一”、“第二”和其它数字术语不暗含顺序或次序。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分也可以称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离开示例性实施例的教导。
空间相关术语，比如“内部”，“外部”，“在...之下”，“在...下面”，“下部”，“在...之上”，“上部”等，可在本文中使用为了描述的方便，以描述如图中所示出的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相关术语可以旨在包括除了图中描绘的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果将图中装置翻转时，描述为在其它元件或特征的“下面”或“之下”的元件将取向为在其它元件或特征“之上”。因而，示例性术语“在...下面”可以包括在...上面和在...下面两种取向。装置可以另外取向(旋转90度或者在其它取向)，并且相应地解释本文使用的空间相关描述。
图1示出了包括气缸体12以及气缸盖16的内燃机10，所述气缸体12限定了布置在其中的多个气缸(未示出)，所述气缸盖16安装在气缸体12上。
如本领域所公知，气缸盖16接收空气和燃料作为将在气缸内使用的预燃烧进料，用于随后的燃烧。每个气缸包括配置为在其中往复运动的各自活塞。气流通过进气歧管被导入每个燃烧室，在这里燃料与空气结合以形成燃料-空气混合物，用于燃烧室内的随后燃烧。尽管图1中示出了直列式发动机，但是本发明可应用于具有不同的气缸布置或者任何数量气缸的发动机。
如本领域所公知的，发动机10还包括多个进气阀，其可操作地连接到气缸盖16并且配置为控制进入每个气缸用于在其中与燃料一起燃烧的空气的供给。进气凸轮轴28配置为在发动机10的操作过程中调节各自进气阀的打开和关闭。如本领域所进一步公知，发动机10还包括多个排气阀，其可操作地连接到气缸盖16并且配置为控制燃烧后气体从每个气缸中的移除。排气凸轮轴32配置为在发动机10的操作过程中调节各自排气阀的打开和关闭。
发动机10还包括曲柄轴34，其配置为在气缸体12内旋转。曲柄轴34通过活塞经由连接杆旋转，这是由于合适比例的量的燃料和空气被选择性地允许经由一个或多个进气阀进入燃烧室并且在燃烧室中燃烧。在空气-燃料混合物在特定燃烧室内燃烧后，特定活塞的往复运动用来经由一个或多个排气阀从各自气缸中排出燃烧后气体。气缸盖16还配置为从燃烧室中排出燃烧后气体，比如经由排气歧管。
进气凸轮轴28和排气凸轮轴32每个可包括各自链轮或滑轮28-1、32-1，而曲柄轴34可包括链轮或滑轮34-1。发动机10还包括闭环状凸轮轴驱动元件38，比如正时皮带(未示出)或正时链条(如图1中所示)。凸轮轴驱动元件38可操作地连接各自链轮/滑轮28-1、32-1和34-1以由此同步曲柄轴34和凸轮轴28、32的旋转。发动机的曲柄轴34和凸轮轴28、32经由凸轮轴驱动元件38的同步旋转确保在每个汽缸的进气和排气冲程期间，进气阀和排气阀在适当时间打开和关闭并且还可以维持阀和活塞之间的安全运转空隙。
发动机10还包括凸轮轴驱动元件张紧器系统40。凸轮轴驱动张紧器系统40包括配置为供应加压流体43(比如发动机润滑油)的流体泵42。流体泵42可以由发动机10(比如由曲柄轴34)或经由电动马达(未示出)机械地驱动。流体泵42可以配置为供应油用于润滑发动机10的各个轴承(未示出)(比如曲柄轴34、进气凸轮轴28和排气凸轮轴32的轴承)以及为其它发动机子系统供应油。凸轮轴驱动张紧器系统40还包括配置为向凸轮轴驱动元件38施加力F的张紧器44。
流体泵42经由将在下文详细讨论的流体通道45为张紧器44供应加压流体43。张紧器44由来自流体泵42的加压流体43来供能，以由此向凸轮轴驱动元件38施加力F。如图所示，可枢转张紧器臂46可以布置在张紧器44和凸轮轴驱动元件38之间。张紧器臂可以是板或滑轮的形式，或其它已知张紧装置。张紧器臂46配置为将来自张紧器44的力F沿凸轮轴驱动元件38的延伸跨距传输，以由此在发动机10的操作期间引导并且减小凸轮轴驱动元件38上的应力。如图1中所示，还可采用固定臂48以引导凸轮轴驱动元件38的相对侧。
由张紧器44施加于凸轮轴驱动元件38的力F旨在维持该凸轮轴驱动元件38中的预定张力，并且因此维持曲柄轴34和凸轮轴28、32之间的旋转正时。张紧器44不断地施加力F以确保凸轮轴驱动元件38的运动在各种发动机速度下仍受控制。
参考图2，张紧器44包括限定孔52的壳体50。柱塞54被设置在孔52中。弹簧56与柱塞54相接合用于在向外方向上朝张紧器臂46偏置柱塞54。壳体50包括柱塞54的内侧上的第一油室58和被设置在柱塞凸缘62的外侧上的第二油室60。第一油通道64连接到第一油室58以及第二油通道66连接到第二油室60。选择性地向第一油通道64和第二油通道66供应来自控制阀68的加压流体。
如图1中所示，凸轮轴驱动张紧器系统40包括控制器70，其配置为控制用于选择性地向第一油室58或第二油室60供应加压流体的控制阀68。除由弹簧56施加的弹簧力之外，供应到第一油室58的加压流体往往还对张紧器施加额外的力。供应到第二油室60的加压流体往往抵抗由弹簧56施加的弹簧力以减小施加于张紧器臂46的力F。控制器70可以是用于发动机10的专用控制器、用于包括发动机10和变速器的车辆的动力系的控制器，或用于整个机动车辆的中央处理单元。控制器70包括存储器，它们中的至少一些是有形且非暂时性的存储器。控制器70可配置或配备有其它所需计算机硬件，比如高速时钟、必备模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、任何必要的输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节和/或缓存电路。控制器70所需要或从而可以访问的任何算法可以存储在存储器中并且自动地执行该算法以提供所需功能性。
具体地，控制器70被编程为选择性地控制控制阀68以向第一油通道64或第二油通道66供应加压流体，以及由此向第一油室58或第二油室60供应加压流体。因此，加压流体至第一油室58的供应可向凸轮轴驱动元件38增加额外的张紧力，而加压流体至第二油室60的供应可抵抗弹簧力以减小由张紧器44施加于凸轮轴驱动元件38的力。
凸轮轴驱动张紧器系统40还可以包括与控制器70可操作地通信并且配置为检测发动机10的转速的传感器72。具体地，传感器72可以配置为用于检测曲柄轴34的转速的传感器。控制器70可以配置为响应于由传感器72所检测的发动机10的转速而将加压流体43传递到张紧器44的第一油室58和第二油室60中的任一个。因此，可根据发动机速度改变张紧器44的施加力F。通过非限制示例，在启动(低发动机速度)和在高发动机速度下，可向张紧器供应加压流体以向张紧器臂提供额外的张紧力，以便向凸轮轴驱动元件38施加足量的张紧控制。在比如从1000RPM至3000RPM的发动机速度的中间范围内，需要较小张紧力用于适当的凸轮轴驱动元件控制。因此，控制器70可控制控制阀68以向第二油室60供应加压流体，以便加压流体施加与由弹簧56施加的弹簧力相反的力，使得凸轮轴驱动元件38上的张力和不利于发动机10的操作效率的所得摩擦力可在中间范围的发动机速度下减小。特别是，本系统的测试表明了小型4汽缸发动机上的凸轮轴驱动元件中的摩擦力的少量减小导致了燃料经济性的少量提高。此外，凸轮驱动上的所得较小平均张力还增加了部件可靠性。
流体控制阀68可以是多位置阀，其可被选择性地操作以向第一油室58或第二油室60中的任一个供应加压流体或可替代地不向油室供应加压流体，以便仅向张紧器施加弹簧力。流体控制阀68可呈单个阀或阀组合的形式。
为了说明和描述目的提供了实施例的前述描述。前述描述不旨在穷举或限制本发明。特定实施例的个别元件或特征通常不限于该特定实施例，但是如果合适的话是即使未具体示出或描述，也可互换并且可在选定实施例中使用。可以许多方式来改变特定实施例的个别元件或特征。这种变体不应被视为脱离本发明，且所有这种修改旨在包括在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种用于张紧闭环型驱动元件的张紧器装置，其包括：
壳体，其限定孔；
柱塞，其被设置在所述孔中；
弹簧，其与所述柱塞相接合用于在向外方向上偏置所述柱塞；
所述壳体包括在所述柱塞的内侧上的第一油室和设置在柱塞凸缘的外侧上的第二油室，第一油通道连接到所述第一油室以及第二油通道连接到所述第二油室用于分别将加压油传递到所述第一油室和所述第二油室，由控制阀选择性地向所述第一油通道和所述第二油通道供应加压油，其中：
除由所述弹簧施加的弹簧力之外，加压油至所述第一油室的供应能够增加由所述张紧器装置所施加的张紧力；
而加压油至所述第二油室的供应能够抵抗由所述弹簧施加的弹簧力以减小由所述张紧器装置所施加的张紧力；
其中所述闭环型驱动元件与内燃机的多个滑轮或链轮相接合，并且所述张紧器装置进一步包括用于检测所述内燃机的转速的控制器；以及
当所述内燃机在预定速度范围内操作时，由所述控制器选择性地控制所述控制阀以选择性地将所述加压油供应至所述第一油室和所述第二油室中的一者。
2.根据权利要求1所述的张紧器装置，其进一步包括与所述柱塞相接合的张紧臂。
3.根据权利要求2所述的张紧器装置，其中所述张紧臂适用于接合皮带或链条用于抵靠皮带或链条施加张紧力。
4.一种链条驱动系统，其包括：
第一链轮；
第二链轮；
链条，其与所述第一链轮和第二链轮驱动地接合；以及
张紧器装置，其具有限定孔的壳体、被设置在所述孔中的柱塞、与所述柱塞相接合用于在向外方向上偏置所述柱塞的弹簧，所述壳体包括在所述柱塞的内侧上的第一油室和设置在所述柱塞的凸缘的外侧上的第二油室，第一油通道连接到所述第一油室以及第二油通道连接到所述第二油室用于分别将加压油传递到所述第一油室和所述第二油室，由控制阀选择性地向所述第一油通道和所述第二油通道供应加压油，其中：
除由所述弹簧施加的弹簧力之外，加压油至所述第一油室的供应能够增加由所述张紧器装置所施加的张紧力；
而加压油至所述第二油室的供应能够抵抗由所述弹簧所施加的弹簧力以减小由所述张紧器装置所施加的张紧力；
其中所述第一链轮和第二链轮是内燃机的一部分，并且
所述链条驱动系统进一步包括用于检测所述内燃机的转速的控制器；以及
当所述内燃机在预定速度范围内操作时，由所述控制器选择性地控制所述控制阀以选择性地将所述加压油供应至所述第一油室和所述第二油室中的一者。
5.根据权利要求4所述的链条驱动系统，其进一步包括张紧臂，所述张紧臂与所述柱塞和所述链条相接合用于抵靠所述链条施加张紧力。
6.一种皮带驱动系统，其包括：
第一滑轮；
第二滑轮；
皮带，其与所述第一滑轮和第二滑轮驱动地接合；以及
张紧器装置，其具有限定孔的壳体、被设置在所述孔中的柱塞、与所述柱塞接合用于在向外方向上偏置所述柱塞的弹簧，所述壳体包括在所述柱塞的内侧上的第一油室和设置在所述柱塞的凸缘的外侧上的第二油室，第一油通道连接到所述第一油室以及第二油通道连接到所述第二油室用于分别将加压油传递到所述第一油室和所述第二油室，由控制阀选择性地向所述第一油通道和所述第二油通道供应加压油，其中：
除由所述弹簧施加的弹簧力之外，加压油至所述第一油室的供应能够增加由所述张紧器装置所施加的张紧力；
而加压油至所述第二油室的供应能够抵抗由所述弹簧所施加的弹簧力以减小由所述张紧器装置所施加的张紧力；
其中所述第一滑轮和第二滑轮是内燃机的一部分，并且
所述皮带驱动系统进一步包括用于检测所述内燃机的转速的控制器；以及
当所述内燃机在预定速度范围内操作时由所述控制器选择性地控制所述控制阀以选择性地将所述加压油供应至所述第一油室和所述第二油室中的一者。
7.根据权利要求6所述的皮带驱动系统，其进一步包括与所述柱塞和所述皮带相接合用于抵靠所述皮带施加张紧力的张紧臂或滑轮。
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