KR101725460B1

KR101725460B1 - 팽창형 피스톤 유압 체인 텐셔너

Info

Publication number: KR101725460B1
Application number: KR1020167003151A
Authority: KR
Inventors: 데일 엔. 스미스; 마크 윅스튼
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2017-04-11
Also published as: DE112014002852T5; CN105452721A; JP6078690B2; DE112014002852B4; US9605732B2; CN105452721B; WO2015006195A1; JP2016526643A; US20160369874A1; KR20160028471A

Abstract

무단루프 전동부재용 텐셔너(10)는 무단루프 전동부재와 조작 가능하게 계합하는 플런저(12)와, 무단루프 전동부재의 방향으로 플런저(12)가 습동 동축운동을 하도록 유도하고 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 피스톤(14)의 어셈블리를 포함해도 좋다. 베어링(28)은 피스톤 보어(34)와 동축인 카운터 보어(32) 내에 위치하는 베어링 볼(30)을 가진다. 카운터 보어(32)는 베어링 볼(30)이 그 위에서 이동하는 급경사 테이퍼(36)를 포함하며, 그로 인해, 플런저(12)가 연신 방향으로 이동할 경우 베어링 볼(30)이 카운터 보어(32)의 외부로 이동하여 플런저(12)의 자유 연신운동을 허용하고, 플런저(12)가 후퇴 방향으로 이동할 경우, 베어링 볼(30)은 급경사 테이퍼(36) 내부로 하향 구동되어 플런저(12)가 후퇴하는 것을 방지하게 된다.

Description

팽창형 피스톤 유압 체인 텐셔너{EXPANDING PISTON HYDRAULIC CHAIN TENSIONER}

본 발명은 텐셔너에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내연기관의 무단루프 전동구동에 사용되어 작동 중에 무단루프 전동부재에 장력을 가하는 무단루프 전동부재용 텐셔너에 관한다.

타이밍 구동(timing drive) 텐셔너는 체인과 궁극적으로는 텐셔너 암(arm)/페이스(face)를 통해 전달되는 타이밍 구동 동적 입력(dynamic input)을 제어하도록 설계되었다. 상기 제어를 위해, 텐셔너는 기계방식, 유압방식, 혹은 양쪽의 조합으로 '튜닝(tuned)'된다. 체인이 마모하면, 일반적인 텐셔너 피스톤은 연신함으로써 느슨해진 체인을 권취(take up)하도록 되어 있다. 피스톤 연신은 기계적 바이어스 스프링력(mechanical bias spring force)을 감소시키고, 텐셔너 튜닝을 변화시키는 유압액 누출을 증가시킬 수 있다. 텐셔너의 수명 사이클에 있어서 튜닝 중의 변화는 텐셔너가 새 것일 경우 텐셔너의 과대 장력(over-tensioning)으로 상쇄할 수 있으며, 이로써 수명 사이클 중에서 체인 마모 시기에 발생하는 피스톤 연신을 상쇄한다. 그러나 텐션너의 과대 장력은 효율성과 시스템 내구성에 악영향을 미친다.

텐셔너에 필요한 기능은 연신을 통해 마모하여 느슨해진 체인을 권취하는 것이다. 기존의 텐셔너의 경우, 체인을 권취하는 과정에서 체인을 새 것으로 교체할 때 걸리는 과도한 예비하중(preload)을 경감하는 압축 스프링의 길이가 늘어나 효율성과 시스템 내구성에 악영향을 끼치게 된다.

무단루프(endless loop) 전동부재용 텐셔너는, 무단루프 전동부재와 조작 가능하게 계합하는 플런저(plunger)와, 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 플런저가 습동 동축운동(sliding coaxial movement)을 하도록 유도하고, 유압액을 받는 오일용기를 구획하는 피스톤을 포함한다. 베어링은 피스톤 보어(piston bore)와 동축인 카운터 보어(counter bore) 내에 위치하는 베어링 볼을 가진다. 카운터 보어는 베어링 볼이 그 위에서 이동하는(ride on) 급경사 테이퍼(steep taper)를 포함하고, 그로 인해 플런저가 연신(extending) 방향으로 이동할 경우 베어링 볼은 카운터 보어의 외부로 이동하여 플런저의 자유 연신운동을 허용하고, 또한 플런저가 후퇴(retracting) 방향으로 이동할 경우, 베어링 볼은 급경사 테이퍼의 내부로 하향 구동되어 플런저가 후퇴하는 것을 방지한다.

텐셔너는 두 개의 스프링을 포함해도 좋다. 제 1 스프링은 플런저에 바이어스를 가해 피스톤에서 멀어지게 하고, 제 2 스프링은 피스톤에 바이어스를 가해 실린더 보어에서 멀어지도록 한다. 텐셔너는 피스톤 바이어스 스프링의 조립하중(assembled load)이 플런저 바이어스 스프링의 조립하중보다 항상 크도록 설계되어 있다. 피스톤, 실린더, 용기, 체크 밸브, 통풍구(vent)는, 무단루프 전동장치에 스프링력, 오일압력, 유압감쇄를 가하는 기존 유압식 텐셔너로써 작용할 수 있다.

실린더에 대한 피스톤의 이동(travel) 거리는 시스템 마모 시 완전한 권취에 필요한 텐셔너의 총 이동거리보다 짧은 거리로 제한할 수 있다. 실린더는 무단루프 전동부재의 방향으로 피스톤이 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기를 구획하는 보어를 포함해도 좋다. 원형 클립은 실린더의 내경(ID)에 있는 홈 내부에 지지되어 있어도 좋다. 피스톤은 원형 클립이 그 내부에서 이동하는, 일정 폭의 홈을 가져도 좋다. 일정 폭은 텐셔너에 요구되는 최소한도의 백래시와 적어도 동일한 거리에 대응한다. 홈의 단벽은 연신운동 중에 원형 클립과 접촉함으로써, 피스톤이 피스톤 보어에 대하여 완전히 연신되었을 때 제 1 스프링의 스프링력은 그 이상 체인에 대하여 작용하지 않되 제 2 스프링은 베어링 및 피스톤에 대하여 플런저를 바깥 방향으로 밀어낼 수 있도록 한다. 따라서 텐셔너의 단거리 이동 유압부는 시스템 마모에 따라 바깥 방향으로 위치를 바꾸게 된다.

본 발명이 개시하는 텐셔너는 제로 피치(zero pitch)/제로 백래시(zero backlash) 래칫(ratchet) 기구와 직렬로 연결되어 있는 단거리 이동 유압 텐셔너로 이용할 수 있다. 기존의 체인 텐셔너는 래칫과 평행한 유압 텐셔너로 활용된다. 본 텐셔너는 래칫의 정부(top)에 작용하는 유압 기능을 가진다. 유압부의 이동은 텐셔너가 필요로 하는 전체 이동거리보다 훨씬 짧으며, 따라서 피스톤과 실린더 사이에 위치하는 스프링의 설계도 쉬워진다. 하중이 보다 일관적이 된다는 장점도 있다. 또한 유압 누출로의 길이는 결코 변하지 않는다. 기존 텐셔너의 경우, 텐셔너가 더 멀리 움직일수록 누출로는 더욱 짧아진다. 본 발명의 텐셔너는 2개의 스프링을 이용하여 텐셔너의 유압부가 압축되는 동안 제로 백래시 래칫이 결코 연신되지 않도록 하는 구성을 채택하였다.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관한 하기의 설명을 첨부 도면과 함께 숙독한 당업자는 본 발명을 용이하게 응용할 수 있을 것이다.

본 발명의 명세서의 참고로서 첨부한 도면에 있어서, 같은 부품에는 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 1은 팽창형 피스톤 유압 체인 텐셔너의 단면도이다.

무단루프 전동부재용 텐셔너(10)는 무단루프 전동부재와 조작 가능하게 계합하는 플런저(12)와, 무단루프 전동부재의 방향으로 플런저(12)가 습동 동축운동을 하도록 유도하는 피스톤(14)의 어셈블리를 포함해도 좋다. 피스톤(14)은 유압액을 받는 오일용기(26)를 부분적으로 구획한다. 베어링(28)은 피스톤 보어(34)와 동축인 카운터 보어(32) 내에 위치하는 베어링 볼(30)을 가져도 좋다. 카운터 보어(32)는 베어링 볼(30)이 그 위에서 이동하는 급경사 테이퍼(36)를 포함하며, 그로 인해, 플런저(12)가 연신 방향으로 이동할 경우 베어링 볼(30)이 카운터 보어(32)의 외부로 이동하여 플런저(12)의 자유 연신운동을 허용하고, 플런저(12)가 후퇴 방향으로 이동할 경우, 베어링 볼(30)은 급경사 테이퍼(36) 내부로 하향 구동되어 플런저(12)가 후퇴하는 것을 방지하게 된다. 실린더(50)는 피스톤(14)이 무단루프 전동부재의 방향으로 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 보어(52)를 포함해도 좋다. 원형 클립(38)은 실린더의 내경(ID)에 있는 홈 내부에 지지되어 있어도 좋다. 피스톤(14)은 원형 클립(38)이 그 내부에서 이동하는, 일정 폭의 홈(40)을 가져도 좋다. 해당 일정 폭은 텐셔너의 허용가능한 백래시 범위에 대응한다. 홈(40)의 단벽은 연신운동 중에 원형 클립(38)과 접촉해도 좋으며, 그로 인해 원형 클립(38)은 피스톤(14)을 정지시키게 된다. 바이어스 스프링(42)은 베어링(28)과 플런저(12) 사이에서 작용하여도 좋다. 바이어스 스프링(42)은 원형 클립(38)이 홈(40)의 단벽과 접촉할 때 플런저(12)에 바이어스를 가하여 피스톤(14) 외부로 나가도록 함으로써, 그 결과 연신과 무단루프 전동부재 권취(take-up)를 유도한다.

체크 밸브(16)는 실린더(50)와 피스톤(14) 사이에 위치해도 좋다. 피스톤 스프링(18)은 실린더(50)와 피스톤(14) 사이에 위치해도 좋다. 필요에 따라 설치하는 유속제어장치(20) 역시 실린더(50)와 피스톤(14) 사이에 위치해도 좋다. 체크 밸브(16), 피스톤 스프링(18), 필요에 따라 설치하는 유속제어장치(20)는 함께 유압 텐셔너 기능을 창출할 수 있다.

타이밍 구동 연신형 피스톤 체인 권취 텐셔너는 보어(52) 내부에서 습동하는 피스톤(14)을 사용한다. 텐셔너 보어(52)는 체크 밸브(16)를 포함한다. 피스톤(14)과 체크 밸브(16) 사이에는 피스톤 스프링(18)이 있고, 필요에 따라 설치하는 유속제어장치(20)는 기존의 유압 텐셔너 기능을 창출한다. 피스톤(14)은 보어(34) 내부에서 이동하는 플런저(12)를 가진다. 피스톤(14)은 또한, 테이퍼(36)를 가지는 카운터 보어(32) 내에 포획된 볼 베어링(28)을 가진다. 베어링(28)과 플런저(12) 사이에는 베어링(28)에 힘을 가하면서 플런저(12)를 연신시키는 바이어스 스프링(42)이 위치한다. 플런저(12)는 연신할 수는 있으나 후퇴 방향에서는 베어링(28)에 걸려 봉쇄된다. 원형 클립(38)은 보어(52)의 내경(ID)에 있는 홈 내부에 지지되어 있다. 원형 클립(38)은 피스톤(14)의 외경(OD)에 형성된 일정 폭의 홈(40) 내에서 이동한다. 해당 폭은 텐셔너(10)의 허용가능한 백래시 범위에 대응한다. 원형 클립(38)이 연신운동 중에 홈(40)의 단벽과 접촉하면 피스톤(14)은 정지한다. 스프링(42)으로부터 바이어스를 받은 플런저(12)는 연신하여 타이밍 시스템 암(timing system arm)과의 접촉을 유지함으로써 헐거워진 체인을 권취한다.

타이밍 구동 연신형 피스톤 체인 권취 텐셔너는, 느슨해진 체인을 권취하여 텐셔너(10)가 타이밍 구동 장치의 수명기한 동안 일정한 텐셔너 튜닝을 유지하는 평균 위치를 확보하게 해주는 팽창형 피스톤(14)을 사용한다. 플런저/피스톤 어셈블리(12/14)는 유압 피스톤(14)이 풀 스트로크 위치에 도달한 경우에만 팽창할 수도 있다. 일방향(one-way) 장치로 운동을 제어하고 후퇴를 불가능하게 함으로써, 헐거워진 체인을 권취한다. 피스톤(14) 내의 보어(34) 내부로 유도되는 플런저(12)를 사용함으로써 이 기능을 구현할 수 있다. 플런저(12)는 테이퍼형 벽(36)을 가지는 카운터 보어(32) 내부에 포획된 볼 베어링(28)을 통과한다. 스프링(42)은 플런저(12)에 바이어스를 가하여 플런저(12)가 베어링(28)을 통과하여 연신하도록 한다. 피스톤(14)은 필요한 백래시 폭을 가지는 홈(40) 내부에서 이동하는 클립(38)에 의해 지지된다. 피스톤(14)은 텐셔너 보어(52) 내부에서 이동한다. 보어(52)는 오일공급장치(54), 체크 밸브(16), 피스톤 스프링(18)은 물론, 필요한 경우 유속제어장치(20)를 수용한다.

플런저(12), 피스톤(14), 베어링(28), 바이어스 스프링(42)은 체인 권취 기구를 형성한다. 스프링(42)은 플런저(12)에 바깥쪽으로 바이어스를 가하여 플런저(12)가 베어링(28)을 통과해 연신하도록 한다. 후퇴방향에 있어서, 볼 베어링(28)은 테이퍼 보어(36) 내부로 하향 구동되어 플런저(12)를 잠가 후퇴하지 못하도록 막는다. 피스톤(14)은 필요한 백래시 폭을 가지는 홈(40) 내부에서 이동하는 클립(38)에 의해 지지된다. 피스톤(14)이 연신할 경우, 클립(38)은 홈(40)의 단부에 부딪혀 피스톤(14)은 정지하지만 플런저(12)는 연신이 허용된다. 체인 권취가 일어나므로 후퇴는 불가능해진다. 플런저(12)가 헐거워진 체인을 권취하기 때문에, 텐셔너 튜닝은 체인의 수명기한 동안 변화하지 않는다. 표준 유압 텐셔너 기능은 체크 밸브(16), 피스톤 스프링(18), 유속제어장치(20)가 제공한다. 기존의 래칫을 사용하여 체인 권취를 제어할 수도 있지만, 이 경우 피치는 최대한 작게 유지해야 한다.

위에서 가장 실용적이고 바람직한 실시형태를 고려하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시한 실시형태에 국한되지 않고, 후술하는 청구항의 범주 내에 포함되는 각종 변형판과 등가물을 모두 포함한다. 청구항은 법률 상 허용되는 모든 변형판과 등가물을 망라하는 최대 범주의 해석과 일치한다.

Claims

무단루프(endless loop) 전동부재용 텐셔너(10)에 있어서,
무단루프 전동부재와 조작 가능하게 계합하는 플런저(plunger)(12)와,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 플런저(12)가 습동 동축운동(sliding coaxial movement)을 하도록 유도하고, 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 피스톤(14)과,
피스톤 보어(piston bore)(34)와 동축인 카운터 보어(counter bore)(32) 내에 위치하는 베어링 볼(30)들을 가지는 베어링(28)을 포함하고,
상기 카운터 보어(32)가 상기 베어링 볼(30)들이 그 위에서 이동하는(ride on) 급경사 테이퍼(steep taper)(36)를 포함함으로써, 상기 플런저(12)가 연신(extending) 방향으로 이동할 경우 상기 베어링 볼(30)들은 상기 카운터 보어(32)의 외부로 이동하여 상기 플런저(12)의 자유 연신운동을 허용하고, 또한 상기 플런저(12)가 후퇴(retracting) 방향으로 이동할 경우, 상기 베어링 볼(30)들은 상기 급경사 테이퍼(36)의 내부로 하향 구동되어 상기 플런저(12)가 후퇴하는 것을 방지하는, 텐셔너(10).
제 1항에 있어서,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 피스톤(14)이 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 보어(52)를 포함하는 실린더(50)와,
상기 실린더(50)의 내경(ID)에 있는 홈 내부에 지지된 원형 클립(38)을 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 2항에 있어서,
상기 원형 클립(38)이 그 내부에서 이동하는, 일정 폭의 홈(40)을 가지는 상기 피스톤(14)을 추가로 포함하고, 상기 일정 폭은 상기 텐셔너(10)의 허용가능한 백래시(backlash) 범위에 대응하는, 텐셔너(10).
제 3항에 있어서,
연신운동 중에 상기 원형 클립(38)과 접촉함으로써 상기 원형 클립(38)이 상기 피스톤(14)을 정지시키게 하는 상기 홈(40)의 단벽(end wall)을 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 4항에 있어서,
상기 베어링(28)과 상기 플런저(12) 사이에서 작용하며, 상기 원형 클립(38)이 상기 홈(40)의 단벽과 접촉할 때 상기 플런저(12)에 바이어스를 가하여 상기 피스톤(14)의 외부로 나가도록 함으로써, 그 결과 연신과 무단루프 전동부재 권취(take-up)를 유도하는 바이어스 스프링(bias spring)(42)을 추가로 포함하는, 텐셔너 (10).
제 1항에 있어서,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 피스톤(14)이 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 보어(52)를 포함하는 실린더(50)와,
상기 실린더(50)와 상기 피스톤(14)의 사이에 위치하는 체크 밸브(16)를 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 6항에 있어서,
상기 실린더(50)와 상기 피스톤(14) 사이에 위치하는 피스톤 스프링(18)과,
상기 피스톤 스프링(18)과 직렬상태로 위치하는 상기 베어링(28)과 상기 플런저(12) 사이에서 작용하는 바이어스 스프링(42)을 추가로 포함하고,
상기 피스톤 스프링(18)은 보다 강한 스프링력을 가하여, 상기 유압 텐셔너(10)가 완전히 연신되었을 경우에만 상기 플런저(12)가 연신하도록 하고, 상기 텐셔너(10) 내에서 최소한의 백래시만 유지되도록 보장하는, 텐셔너(10).
제 7항에 있어서,
유압 텐셔너 기능을 창출하는 유속제어장치(20)를 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
무단루프 전동부재용 텐셔너(10)에 있어서,
무단루프 전동부재와 조작 가능하게 계합하는 플런저(12)와,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 플런저(12)가 습동 동축운동을 하도록 유도하고, 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 피스톤(14)과,
피스톤 보어(34)와 동축인 카운터 보어(32) 내에 위치하는 베어링 볼(30)들을 가지며, 상기 카운터 보어(32)가 상기 베어링 볼(30)들이 그 위에서 이동하는 급경사 테이퍼 (36)를 포함함으로써, 상기 플런저(12)가 연신 방향으로 이동할 경우 베어링 볼(30)들은 상기 카운터 보어(32)의 외부로 이동하여 상기 플런저(12)의 자유 연신운동을 허용하고, 또한 상기 플런저(12)가 후퇴 방향으로 이동할 경우, 상기 베어링 볼(30)들은 상기 급경사 테이퍼(36)의 내부로 하향 구동되어 상기 플런저(12)가 후퇴하는 것을 방지하는, 베어링(28)과,
상기 베어링(28)과 상기 플런저(12) 사이에서 작용하며, 상기 플런저(12)에 바이어스를 가하여 상기 피스톤(14)의 외부로 나가도록 함으로써, 그 결과 연신과 무단루프 전동부재 권취(take-up)를 유도하는 바이어스 스프링(42)을 포함하는, 텐셔너(10).
제 9항에 있어서,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 피스톤(14)이 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 보어(52)를 포함하는 실린더(50)와,
상기 실린더(50)의 내경(ID)에 있는 홈 내부에 지지된 원형 클립(38)을 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 10항에 있어서,
상기 원형 클립(38)이 그 내부에서 이동하는, 일정 폭의 홈(40)을 가지는 상기 피스톤(14)을 추가로 포함하고, 상기 일정 폭은 상기 텐셔너(10)의 허용가능한 백래시 범위에 대응하는, 텐셔너(10).
제 11항에 있어서,
연신운동 중에 상기 원형 클립(38)과 접촉함으로써 상기 원형 클립(38)이 상기 피스톤(14)을 정지시키게 하는 상기 홈(40)의 단벽을 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 9항에 있어서,
상기 무단루프 전동부재의 방향으로 상기 피스톤(14)이 습동 동축운동을 하도록 유도하고 그 사이에서 유압액을 받는 오일용기(26)를 구획하는 보어(52)를 포함하는 실린더(50)와,
상기 실린더(50)와 상기 피스톤(14)의 사이에 위치하는 체크 밸브(16)를 추가로 포함하는, 텐셔너(10).
제 13항에 있어서,
상기 실린더(50)와 상기 피스톤(14) 사이에 위치하는 피스톤 스프링(18)과,
상기 피스톤 스프링(18)과 직렬상태로 위치하는 상기 베어링(28)과 상기 플런저(12) 사이에서 작용하는 바이어스 스프링(42)을 추가로 포함하고,
상기 피스톤 스프링(18)은 보다 강한 스프링력을 가하여, 상기 유압 텐셔너(10)가 완전히 연신되었을 경우에만 상기 플런저(12)가 연신하도록 하고, 상기 텐셔너(10) 내에서 최소한의 백래시만 유지되도록 보장하는, 텐셔너(10).
제 14항에 있어서,
유압 텐셔너 기능을 창출하는 유속제어장치(20)를 추가로 포함하는, 텐셔너(10).