CN1965179B

CN1965179B - 用于内燃机的牵引机构

Info

Publication number: CN1965179B
Application number: CN2005800182437A
Authority: CN
Inventors: 雷纳·普夫卢格; 马丁·阿萨尔
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Fifth Schaeffler Investment Management & CoKg GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: EP2302260A2; CN1965179A; EP2302260A3; EP2302260B1; DE602005025212D1; ATE491102T1; DE102004027064A1

Abstract

本发明涉及一种内燃机(3)的牵引机构(1a)，所述牵引机构包括牵引装置(4a)，其设计为环形皮带且部分围绕从动轮(5)和至少一个主动轮(7a，7b)。在该方案中，牵引机构(1a)的至少一个从动轮(5)和/或至少一个主动轮(7a，7b)具有非圆形的结构。而且，牵引机构(1a)被嵌入到由油雾作用的结构空间(8)中。

Description

用于内燃机的牵引机构

技术领域

本发明涉及一种牵引机构，其用于驱动内燃机的至少一个凸轮轴或至少一个部件。牵引机构包括作为牵引装置的环形皮带，其连接从动轮和至少一个主动轮，张力调整器对该牵引机构预施加预应力。

背景技术

DE4340865A1公开了用于牵引机构的张力调整器，其包括在运行状态中被固定的定位偏心轮。由扭转弹簧调节且围绕定位偏心轮的运转的偏心轮连接到滚动轴承，张力滚柱可旋转地装配在该滚动轴承上。在被安装的状态中，张力滚柱支撑在牵引机构的牵引装置上并且自动地确保牵引装置具有足够的预应力。而且由于牵引装置的老化，该张力调整器允许独立地重新调节和对长度补偿。

DE3434428A1图解和描述了内燃机的牵引机构，其被设计为控制驱动器。控制驱动器用于驱动内燃机的凸轮轴且包括在油浴中旋转的齿形皮带。该已知的牵引机构中，在主动轮和配置到内燃机的曲轴的从动轮之间提供空间狭窄的关系。在该方案中牵引装置没有张力调整器。

US6000373A1公开了另一种用于内燃机的控制驱动器，其中牵引装置将配置到曲轴的从动轮连接到凸轮轴的主动轮。而且，该牵引装置用于驱动浸在油浴中的润滑油泵。两侧都有齿的齿形皮带用作牵引装置，内齿与曲轴的从动轮和凸轮轴的主动轮共同运转且它的外齿与油泵的主动轮的齿共同运转。

发明内容

根据用于内燃机的已知牵引机构，本发明的目的是设计一种能确保使用寿命增加的牵引机构，尤其是增加牵引装置的使用寿命。

通过权利要求1的特征解决所提出的问题。根据本发明的牵引机构包括至少一个具有非圆形结构的皮带轮或至少一个从动轮或主动轮的具有非圆形结构的齿形皮带轮。该方法抑止、防止或补偿由内燃机旋转的不一致而引入牵引机构中的振动。同时，根据本发明对于噪音的产生具有积极的影响。

通过非圆皮带轮或齿形皮带轮，优选地配置到内燃机的曲轴，能获得具有明显减少动力的牵引机构，结果，有利地降低了最大力、最大负载和牵引装置。由于这样，能有利地简化牵引机构的单独部件，特别是牵引装置的宽度，结果，减少了牵引机构的重量、安装空间和成本。

在啮入和啮出的动作期间，牵引装置减少的预应力有利地直接影响齿形皮带的内齿和皮带轮的外齿之间的摩擦功，即齿形皮带的齿面和皮带轮的齿面之间的摩擦功。在减振牵引机构中形成的减少的预应力确切地减少了摩擦功，其对牵引装置的磨损具有有利的影响。同时，减少摩擦功将减少跳齿的危险，所述跳齿在内燃机的控制驱动器中引起不利的间接损害并且经常导致内燃机彻底失灵。

依据本发明的另一方面，整个牵引机构被配置在密闭的或封闭的安装空间中，牵引装置被暴露在油雾中。例如，在内燃机的曲轴箱和牵引机构的安装空间之间适合有连接部件和孔，结果，在内燃机的曲轴箱和牵引机构的安装空间之间的油雾一直进行交换。

牵引机构的非圆皮带轮或齿形皮带轮优选地配置到内燃机的曲轴。而且，依据本发明的减振牵引机构能采用成本最优化的张力系统。为此目的，优选地仅具有一个偏心轮的张力调整器或可选择的一个张力轨张力调整器是合适的。而且，依据本发明的牵引机构能与例如摩擦盘张力调整器或圆锥形张紧轮结合。

由于依据本发明的特征的组合，能够实现成本最优化的牵引机构，随之牵引装置的使用寿命增加。不用调换牵引装置，能获得明显＞200，000km的运转能力和车辆运行。依据本发明的牵引机构优选用于具有高功率系数的柴油机内燃机，例如用于已知的泵/喷嘴内燃机，由于链式机构不具有足够的弹力而被排除在外。

本发明其他具有优势的实施例是从属权利要求2到18的主题。

依据解决本发明所提出问题的优选方案，该方案的结果一致，使用设计为椭圆形的皮带轮或齿形皮带轮。该椭圆优选地设计为最大轴“a”与最小轴“b”的比率≥1.01∶1。通过实验测试确定的用于客车的常规内燃机的轴比率1.03∶1是获得减振牵引机构的最优结果。椭圆的轴比率“a”∶“b”为1.1∶1被称之为上限值。

可选择地，本发明提供多边形式的皮带轮或齿形皮带轮用于驱动主动轮或从动轮。而且，本发明包括将非圆形皮带轮或齿形皮带轮设计为具有圆形过渡的对称或不对称多边形，例如以双椭圆的形式。

不考虑各自的几何形状或结构，通过仿真计算和测试确定皮带轮或齿形皮带轮的外形。依据本发明的减振牵引机构的结果是，在内燃机的运行状态中整个旋转速度谱中预应力和构造为环形皮带的牵引装置的最大力中的波动明显减少了。同时，减少了不利的谐振造成的危险。通过依据本发明的方法，对牵引装置力求平均值，能有利地抑制牵引装置中最大力的波动到值的≤50％。

依据本发明，牵引装置的预应力适于减振牵引机构的动力。与常规的牵引机构相比较，具有同样的边界条件，即内燃机相同，和具有相同的扭矩，依据本发明的方法能将预应力减少了≥15％。因此，增加了牵引装置和滚动轴承的使用寿命，该滚动轴承用于连接到牵引机构的所有装置的皮带轮或齿形皮带轮。

作为依据本发明减振牵引机构的结果，减少了牵引装置中的最大负载。与常规的牵引机构相比较，设计牵引装置的宽度“s”窄了≥18％。除减少牵引装置宽度外，本发明能使牵引机构的所有皮带轮或齿形皮带轮的宽度适合被改变的牵引装置的宽度。两个方法有利地减少牵引机构要求的整个空间。而且，由于设计牵引装置为较窄和张力系统施加到牵引装置的减少的预应力，安装被简化了。可选择的，由于减少最大负载，通过不改变宽度的牵引装置，牵引装置的宽度减少且使用寿命增加。

例如，依据本发明皮带宽度减小≥18％将适于常规的宽度设计，根据该关系：

R_b(皮带宽度)＝F_h(皮带最大负荷)/Z_e(啮合的齿的数量)/R_i(具体的皮带系数)

计算的例子：F_h＝3000N；Z_e＝13.2；R_i＝6N/mm/Z_e

R_b＝3000/13.2/6

R_b＝37.8mm

要求的皮带宽度R_b是38mm。

从该值计算，采用依据本发明的方法皮带宽度减少了的值≥18％。

对于一个链条能方便地调换减少宽度的皮带或齿形皮带。因此依据本发明的牵引机构能够从链式机构改变或调换到皮带机构，除了产生噪声的声音方面的好处，皮带机构特别的还具有重量和成本的好处。而且，依据本发明齿形皮带机构或皮带机构适于克服大轴距离，例如在从动轮和主动轮之间的距离。

本发明包括作为张力调整器的固定组件，该固定组件配置有运转的偏心轮，该偏心轮被弹簧装置作用并且连接到张力滚柱。该具有简单结构的张力调整器适于本发明的牵引机构的动力且因此在运行状态中能够适当地对牵引装置施加足够的预应力。

依据本发明，对于简单的偏心轮张力调整器是可选择的，所使用的张力系统是张力轨，其通过旋转轴承在枢轴上转动并且通过施力装置与牵引装置逆向。

作为减少牵引装置和张力轨之间摩擦的方法，提供具有两个导向滚柱的张力轨，两个导向滚柱空间上彼此分离且牵引装置被导向。另一用于最优化张力轨和牵引装置之间摩擦的方法提供具有孔的张力轨，该孔改善了油或油雾的循环。

为了对重量最优化，依据本发明，适合将张力轨构造为塑料注塑物。为此目的，具有高硬度或强度的抗磨损塑料例如Kevlar或由玻璃纤维加强的塑料如PA66GF是适合的。

该张力轨优选地配置到包括一个外壳的张力系统，该外壳中配置有由弹簧装置作用并且与张力轨间接或直接协作的液压阻尼活塞。可选择的，与张力轨协作的力的电触发装置是适合的。优选地，为此目的，能使用滚珠螺杆，它的伺服电机与调节或控制单元协作。这样的施力装置允许牵引装置的可变预应力依赖于内燃机的运行参数或可确定的运行周期。

依据本发明的另一实施例，用于牵引机构的安装空间部分被填充油，且在运行状态，牵引装置部分被浸入油浴或在油浴中旋转。在该方案中，用于牵引机构的封闭安装空间优选地位于内燃机的后端面之前。

依据本发明，由抗油材料生成的牵引装置被提供给牵引机构，为此目的，弹性材料块或聚亚安酯是优选合适的。

由于减少预应力，与先前的环形皮带比较，设计环形皮带使得能改变加强件的数量和/或排列，该加强件设计为拉绳(pull cord)。在该方案中，拉绳优选地被嵌入在HMBR橡胶混合物中。而且，在内断面或内齿区域，设计为齿形皮带的环形皮带内侧具有聚酰胺织物。特别地，由高纯度玻璃或碳棒制成的拉绳是合适的。这些材料能够进一步减少绳索的数量，同时确保维持高弹性或弯曲强度。而且，该加强件改善破坏性行为且同时减少内热，结果延长了牵引装置的使用寿命。

依据本发明的牵引机构能用作驱动至少一个凸轮轴的控制驱动器和装置驱动器，即用于驱动单个装置，例如内燃机的交流电动机、水泵、转向的辅助泵或空调压缩机。

附图说明

附图说明了本发明的典型实施例，图中：

图1示出依据本发明牵引机构，在封闭安装空间中其具有包括张力轨的张力系统；

图2示出依据本发明的另一牵引机构，其具有包括运转的偏心轮的张力系统；

图3示出作为单独部分设计为非圆如椭圆的齿形皮带轮的图；

图4示出依据本发明的牵引装置的结构；

图5示出图2中牵引机构的细节，其说明在设计为齿形皮带的牵引装置和齿形皮带轮之间齿的啮合；

图6示出图2中牵引机构的张力系统的剖面图。

具体实施方式

图1示出在安装状态中的牵引机构1a，其被设置为用于驱动内燃机3的两个凸轮轴的控制驱动器。在该方案中，设计为环形皮带的牵引装置4a与非圆结构的从动轮5连接，即齿形皮带轮被直接连接到内燃机3的曲轴6且具有两个配置到凸轮轴2a、2b的主动轮7a、7b。同样被设计为控制驱动器的牵引机构1a集成在内燃机3和内燃机的端面前面的封闭的安装空间8中。安装空间8通过孔9、10连接到内燃机3的曲柄空间，从而确保油雾和/或润滑油溢出，其特别地对牵引机构1a具有减少摩擦的效果。

此外，牵引机构1a包括张力调整器11a，其包括可绕旋转轴12枢转的张力轨13。为了使牵引装置4a获得足够的预应力，在张力轨13的与旋转轴12相对的端部处支撑有施力装置14，其对张力轨13施加顺时针方向作用的连续脉冲力。在该方案中，张力调整器11a被配置到顺时针方向旋转的牵引装置4a的空闲侧区域。

图2描述牵引机构1b，其中从动轮5被设计为椭圆，其中轴“a”的长度超过了轴“b”的长度。牵引机构1b用于驱动内燃机3的部件，例如水泵和空调压缩机，它们的主动轮16a、16b至少部分被牵引装置4b围绕。包括偏心轮的张力调整器11b被支撑在顺时针方向旋转的牵引机构1b的空闲侧。图6示出张力调整器11b的结构。牵引装置4b在张力调整器11a和从动轮5之间的转向滚柱17处被导向。

图3以放大比例示出成椭圆形的从动轮5。在该方案中外径或纵轴“a”的长度超过了另一纵轴“b”的长度。通过测试确定的从动轮5的合适结构产生减振牵引机构1a、1b，这对牵引机构1a、1b的其它部件具有有利的影响。

在图4中示出依据本发明的牵引装置1a、1b的结构。由于从动轮5具有非圆结构和牵引装置4a、4b相关联的预应力，牵引装置4a、4b的宽度“s”减小了。与牵引装置4a、4b的宽度“s”相对应，牵引机构1a、1b包括宽度适合的齿形皮带轮或皮带轮。牵引装置4a、4b的结构提供有连续的拉绳18，拉绳18平行排列且被嵌入在HNBR橡胶混合物19中。牵引装置4a、4b的内齿20具有聚酰胺织物21。为了增加牵引装置4a、4b的抗撕裂强度或为了最优化牵引装置4a、4b的宽度“s”，可使用由高纯度玻璃或碳棒制成的拉绳18。

图5示出牵引装置4a、4b与非圆结构的从动轮5的相互作用，即啮合。由于依据本发明的牵引装置4a、4b的预应力减少的优势，在牵引装置4a、4b的内齿20和从动轮5的外齿22之间的工作摩擦同时减少。当内齿的齿面23相对于外齿的齿面24在与位置“c”对应的第一接触段和终点位置“d”之间滑动时，产生工作摩擦。由于牵引装置4a、4b的预应力减少，在牵引装置4a、4b和设计为齿形皮带轮的从动轮5之间的接触区域中的工作摩擦减少，由于牵引装置4a、4b的变形减少，同时摩擦热量减少。结果，显著地延长了牵引机构1a、1b的使用寿命。

图6示出根据图2的张力调节器11b的纵向剖面图。被设定为简单偏心轮的张力调节器11b包括柱形载体25，该柱形载体25通过螺旋式连接件26稳固地被固定到例如内燃机3的外壳27。载体25被确定地插入到基板28中，该基板支撑在外壳27上并且根据旋转被固定到后者。运转的偏心轮29可旋转地配置在载体25上，在偏心轮上配置有滚动轴承30，张力滚柱31围绕在滚动轴承30的外部。在张力调整器11b处于安装状态时，配置在基板28和运转的偏心轮29之间的弹簧装置32使得张力滚柱31逆着牵引装置4b产生负的轴承接触。

附图标记

1a 牵引机构

1b 牵引机构

2a 凸轮轴

2b 凸轮轴

3 内燃机

4a 牵引装置

4b 牵引装置

5 从动轮

6 曲轴

7a 主动轮

7b 主动轮

8 安装空间

9 孔

10 孔

11a 张力调整器

11b 张力调整器

12 旋转轴

13 张力轨

14 施力装置

15a 导向滚柱

15b 导向滚柱

16a 主动轮

16b 主动轮

17 转向滚柱

18 拉绳

19 橡胶混合物

20 内齿

21 聚酰胺织物

22 外齿

23 齿面

24 齿面

25 载体

26 螺旋式连接件

27 外壳

28 基板

29 运转的偏心轮

30 滚动轴承

31 张力滚柱

32 弹簧装置

Claims

1.一种牵引机构，其用作驱动内燃机(3)的至少一个凸轮轴，包括设计为环形皮带的牵引装置(4a，4b)，该牵引装置连接从动轮(5)和至少一个主动轮(7a，7b，16a，16b)并且被张力调整器(11a，11b)施加预应力，其中牵引机构(1a，1b)

-具有从动轮(5)或主动轮(7a，7b，16a，16b)的至少一个非圆形结构的皮带轮；

-被配置在封闭的或密闭的安装空间(8)中，牵引装置(4a，4b)至少暴露在油雾中；

-包括张力调整器(11a，11b)，其包括运转的偏心轮(29)或张力轨(13)；

其中，牵引装置(4a，4b)的预应力的上部负载和下部负载的可允许波动或力的偏差量离开平均值达到≥50％。

2.如权利要求1所述的牵引机构，从动轮(5)或主动轮(7a，7b，16a，16b)的非圆形结构的皮带轮形状是椭圆形。

3.如权利要求2所述的牵引机构，形状为椭圆的皮带轮的轴“a”比轴“b”的比率≥1.01∶1。

4.如权利要求1所述的牵引机构，其中牵引装置(4a，4b)至少部分包括牵引机构(1a，1b)的多边形结构的皮带轮。

5.如权利要求1所述的牵引机构，其具有至少一个具有对称或不对称多边形并且在过渡区设计为圆形的皮带轮。

6.如权利要求1-5之一所述的牵引机构，其中所述皮带轮是齿形皮带轮。

7.如权利要求1所述的牵引机构，其中存在的最大负载与常规内燃机的牵引机构相比较降低了≥15％，牵引装置(4a，4b)的与减少的最大负载相适应的宽度“s”，与先前的牵引装置相比较窄了≥18％。

8.如权利要求1所述的牵引机构，张力调整器(11b)包括固定组件，该固定组件配置有运转的偏心轮(29)，该偏心轮由弹簧装置(32)作用并且连接到张力滚柱(31)。

9.如权利要求1所述的牵引机构，张力调整器(11a)包括张力轨，该张力轨通过旋转轴(12)在枢轴上转动并且通过施力装置(14)非正地靠在牵引装置(4a)上。

10.如权利要求9所述的牵引机构，所述牵引机构的张力调整器(11a)包括具有两个导向滚柱(15a，15b)的张力轨(13)，两个导向滚柱彼此隔开并且在所述导向滚柱处牵引装置(4a)被导向。

11.如权利要求9所述的牵引机构，其中张力调整器(11a)的张力轨(13)具有允许油雾循环的孔。

12.如权利要求11所述的牵引机构，其中所述允许油雾循环的孔在导向滚柱(15a，15b)的区域中。

13.如权利要求9所述的牵引机构，张力调整器(11a)包括构造为塑料注塑物的张力轨(13)。

14.如权利要求9所述的牵引机构，所述牵引机构的张力调整器(11a)包括作为施力装置(14)的外壳，该外壳中配置有由弹簧装置作用并且与张力轨(13)间接或直接协作的液压阻尼活塞。

15.如权利要求1所述的牵引机构，用于牵引机构(1a，1b)的安装空间(8)部分被填充油，且在运行状态，牵引装置(4a，4b)部分被浸入油浴或在油浴中旋转。

16.如权利要求1所述的牵引机构，用于牵引机构的封闭安装空间(8)位于内燃机(3)之前并且在内燃机的端面上。

17.如权利要求1所述的牵引机构，牵引装置(4a，4b)由防油材料制成制成。

18.如权利要求17所述的牵引机构，所述防油材料是弹性材料块或聚亚安酯。

19.如权利要求1所述的牵引机构，其宽度适应于牵引装置(4a，4b)的最大力的牵引装置包括作为加强件的高强度拉绳(18)。

20.如权利要求1所述的牵引机构，所述牵引机构用作驱动内燃机(3)的至少一个凸轮轴的控制驱动器且具有作为牵引装置(4a，4b)的齿形皮带。

21.如权利要求1所述的牵引机构，所述牵引机构被提供用于驱动内燃机的部件，或者所述牵引机构用于驱动内燃机的油泵或平衡轴。

22.如权利要求21所述的牵引机构，内燃机的部件是指交流电动机、水泵、转向的辅助泵或空调压缩机。