CN107975573B - 一种具有双向调节功能的张紧轮及发动机前端轮系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备双向调节功能的张紧装置，包括张紧轮、张紧轮本体、惰轮和摆臂。在张紧轮本体上有弧形轨道，摆臂在张紧轮本体的弧形轨道中运动，摆臂两端装配固定张紧轮和惰轮。张紧装置位于发电机带轮外侧，由张紧轮和惰轮分别压在发电机皮带进入段和发电机皮带输出段上，即将发电机带轮围在中间，张紧轮本体的弧形轨道是以发电机带轮为中心的圆弧，摆臂可以绕发电机中心弧形摆动。本发明通过摆臂在张紧轮本体中滑动达到调整惰轮和带轮包角的目的，在张紧轮提供压力F恒定的情况下，能够适应发电机两边皮带张力大小，避免前端轮系皮带张力出现0张力的情况。

Description

一种具有双向调节功能的张紧轮及发动机前端轮系

技术领域

本发明属于汽车发动机零部件，应用于具有皮带起停功能(BSG)的前端轮系***中，具体涉及发动机张紧装置。

背景技术

发动机张紧轮主要应用在发动机前端轮系中，可以自动张紧前端轮系皮带，补偿轮系公差和皮带延伸率，在发动机运行过程中能够部分吸收曲轴皮带轮传递出的振动。它是汽车重要的零部件，其耐久性直接关系到水泵、压缩机、发电机等零件的正常工作以及发动机NVH的表现。

如图1、图2所示，现有技术发动机张紧轮主要由杯体1、杯体1内部弹簧组件、张紧轮螺栓2、张紧臂3、带轮4构成。其中张紧轮弹簧组件提供一个弹簧扭矩，通过张紧臂3、带轮4对前端轮系皮带14形成一个压力，使前端轮系皮带14具备一定的张力，满足皮带传动需求。当前端轮系皮带14长度变化或者曲轴振动的时候，张紧臂3可以自动摆动使整个轮系在动态运动过程中具备相对恒定张紧力。

随着国家油耗要求越来越严格，油耗是否满足决定车辆是否可以继续销售，所以降低整车油耗成为各个主机厂的首要任务。48V皮带起停***(BSG)能够降低油耗10％以上，在中国是各个主机厂的重点研究技术，但是其通过前端轮系皮带带动的发电机同时具备发电机和驱动电机的功能。48V皮带起停***(BSG)前端轮系相对于传统皮带传动具有如下特点：

①前端轮系皮带传递的扭矩大，发电机最大扭矩达到50N.m；

②前端轮系功率传递是双向的——功率既可以从发动机传递到发电机，也可以由发电机传递到发动机。

③前端轮系能实现的功能更多更复杂。

基于以上背景，现有技术的张紧轮应用在皮带起停轮系(BSG)中有较大缺陷，如图2所示，当发电机带轮17处于发电功能时，发电机皮带进入段19是紧边(相对于发电机皮带轮另外一侧的皮带)，发电机皮带输出段18是松边，此时发动机张紧轮为前端轮系提供的张力F是轮系***最低张力，前端轮系***满足运行要求。但是当发电机带轮17处于助力或者启动工况时，发电机皮带进入段19是松边(相对于发电机皮带轮另外一侧的皮带)，发电机皮带输出段18是紧边，此时发动机张紧轮提供的张力F是皮带输出段18的张力。假定电机扭矩为T17、张紧轮提供的压力为F、发电机皮带进入段19的张力为F19、发电机皮带输出段18的张力为F18、发电机半径为R、带轮4包角为γ(γ摆动幅度很小)，当发电机处于助力工况时，理论上存在如下关系：

②F19＝F*f(带轮4包角γ)；

②

根据轮系性能要求，不允许皮带存在0张力的情况，如果要保证F18≥0N，则需要发动机张紧轮提供的压力F提高到一个非常高的水平。这对前端轮系中发电机、皮带、张紧轮、水泵等零件的寿命影响是非常大的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备双向调节前端轮系张力功能的张紧轮及发动机前端轮系，能够调整不同工况下发电机皮带进入段F19和发电机皮带输出段F18张力的大小，来满足发电机在助力、发电等不同工作状态下对前端轮系的要求。

本发明的技术方案如下：

一种具备双向调节功能的张紧装置，包括张紧轮、张紧轮本体、惰轮和摆臂。

所述张紧轮本体是整个张紧轮的基体，是与外部零件连接的零件，在张紧轮本体上有弧形轨道，作为摆臂的运动轨道。

所述摆臂位于张紧轮本体的弧形轨道中，并可在其中运动，摆臂两端装配固定张紧轮和惰轮。

所述张紧装置位于发电机带轮外侧，由张紧轮和惰轮分别压在发电机皮带进入段和发电机皮带输出段上，即将发电机带轮围在中间，张紧轮本体的弧形轨道是以发电机带轮为中心的圆弧，摆臂可以绕发电机中心弧形摆动。

所述张紧装置在电机扭矩为T17、张紧轮提供的压力为F、发电机皮带进入段的张力为F19、发电机皮带输出段的张力为F18、发电机半径为R、带轮4包角为γ、惰轮7的包角为α时，满足如下关系：

F19＝F*f(γ)——当γ增大时，f(γ)减小，反之亦然；

F18＝F*f(α)——当α增大时，f(α)减小，反之亦然。

本张紧装置主要应用在48V皮带起停(BSG)前端轮系中，可以根据发电机所处的工况调整自身姿态，无论发电机处于什么工况，使张紧轮提供的张力F均等于发电机两边皮带中松边的张力。即当发电机处于发电工况时，F＝发电机皮带进入段19的张力F19；当发电机处理助力工况时，F＝发电机皮带输出段18的张力F18。使前端轮系***中最低张力为F，但是又不用提高F的值。使整个轮系受力控制在合理水平。

进一步，所述张紧装置还包括阻尼环，阻尼环固定在摆臂上，在摆臂运动过程中，在摆臂与张紧轮本体之间提供阻尼力。阻尼环包括上环和下环，分别从上方和下方扣在摆臂上，包裹摆臂，阻尼环与张紧轮本体内腔全面接触，并大部分被张紧轮本体包裹住。摆臂上有两个卡槽，用以固定阻尼环。

进一步，所述张紧轮包括杯体、杯体内部的弹簧组件、张紧臂和带轮，张紧臂一端装配带轮，另一端与杯体连接，张紧臂绕杯体中心摆动，并由张紧轮弹簧组件提供弹簧扭矩，通过张紧臂、带轮对发电机皮带进入段形成一个压力。

进一步，所述惰轮是直接安装在摆臂提供的螺纹孔上，与带轮一起为发电机带轮提供较大的包角，同时与带轮形成一种耦合结构。

进一步，所述张紧轮本体上有安装孔，张紧轮通过安装孔固定在发电机带轮的前端盖上。

本发明还提出一种发动机前端轮系，包括发电机带轮、发电机皮带和张紧装置，所述张紧装置前述的结构，张紧装置固定在发电机带轮的前端盖上，并位于发电机带轮外侧，由张紧轮和惰轮分别压在发电机皮带输入段和发电机皮带输出段上，通过摆臂在张紧轮本体中滑动达到调整惰轮和带轮包角的目的，在张紧轮提供压力F恒定的情况下，能够适应发电机两边皮带张力大小，避免前端轮系皮带张力出现0张力的情况。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本张紧装置的张紧轮可以通过摆臂在张紧轮本体中滑动达到调整惰轮和带轮包角的目的，在张紧轮提供压力F恒定的情况下，能够适应发电机两边皮带张力大小，避免了前端轮系皮带张力出现0张力的情况。

2、本张紧装置的张紧轮提供压力F较低的情况下仍能够满足前端轮系传递较大功率、扭矩的需求，与传统张紧轮相比，应用张紧轮20的前端轮系受力大幅降低，使前端轮系各零件(发电机、压缩机、水泵、惰轮等)寿命有明显提高。

3、由于本张紧装置的张紧轮自身的两个带轮将发电机带轮‘夹’在中间，为发电机带轮提供了非常大的包角，减少前端轮系皮带在发电机带轮上打滑，使其满足轮系性能要求。

4、本张紧装置在安装在发电机壳体后，在发动机运行情况下，发电机皮带进入段比较长，且可以根据总布置和设计要求在一定范围内适当调整，发电机皮带输出段相对较短，具有良好的NVH性能。

5、本张紧装置由于摆臂上有塑料阻尼原件，摆臂在摆动过程中有一定阻尼力，能够降低***振动。同时阻尼环与张紧轮本体全面接触，张紧轮本体内腔的每一个面都与阻尼环接触，且阻尼环的直径也比较大，所以阻尼环与张紧轮本体的接触面积相对于现有的双向张紧装置大很多。这样就可以使阻尼环有更长的耐久寿命，同时也允许将阻尼设计得比较大。

6、本张紧装置的阻尼环的大部分都被张紧轮本体包裹住，能够减轻阻尼环8收到外界泥水污染，特别是运动副(阻尼环8与张紧轮本体腔体接触部分)是在腔体内，能够有效延长阻尼环寿命，同时使本双向张紧装置具备良好的环境适应性。

附图说明

图1是现有技术的发动机张紧轮示意图。

图2是现有技术的前端轮系布置示意图。

图3是本发明的张紧装置结构示意图。

图4是本发明的张紧装置零件***图。

图5是本发明的张紧装置应用的前端轮轮系名义位置态示意图。

图6是本发明的张紧装置应用的前端轮系发电、能量回收工况示意图。

图7是本发明的张紧装置应用的前端轮系助力、启动工况示意图。

图中：1—杯体，2—张紧轮螺栓，3—张紧臂，4——带轮，5——张紧轮本体，6——安装螺栓，7——惰轮，8——阻尼环，9——摆臂，10——凹槽，11——安装孔，12——弧形轨道，13——螺纹孔，14——皮带，15——曲轴带轮，16——惰轮总成，17——发电机带轮，18——发电机皮带输出段，19——发电机皮带进入段，20——张紧轮。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构：

如图3、图4所示，本发明的张紧装置是由张紧轮20、张紧轮本体5、两个安装螺栓6、惰轮7、两个阻尼环8、摆臂9组成。

张紧轮20可以采用普通机械张紧轮，即包含杯体1、杯体1内部弹簧组件、张紧臂3、带轮4。张紧臂3一端装配带轮4，另一端与杯体1连接，张紧臂3绕杯体1中心摆动，并由张紧轮弹簧组件提供弹簧扭矩，通过张紧臂3、带轮4对发电机皮带进入段19形成一个压力。

张紧轮本体5是整个张紧轮的基体，是与外部零件连接的零件，其上加工了两个安装孔11，张紧轮20通过安装孔11固定在发电机17的前端盖上；张紧轮本体5有一个弧形轨道12，作为摆臂9运动的轨道。

摆臂9是张紧轮供压力F传递、调整张紧轮上两个带轮包角的关键零件，其在张紧轮本体5中的弧形轨道12中运动，摆臂9上加工有两个卡槽10，用以固定阻尼环8；同时摆臂9上加工两个螺纹孔13，用以装配固定普通机械张紧轮和惰轮7。

阻尼环8包括上环和下环，分别从上方和下方扣在摆臂9上，包裹摆臂，阻尼环8与张紧轮本体5内腔全面接触，并大部分被张紧轮本体5包裹住，在摆臂9运动过程中，阻尼环8在摆臂9与张紧轮本体5之间提供磨损介质，主要功能是保证张紧轮20生命周期中耐磨性能以及提供一定的阻尼力。

安装螺栓6将惰轮7和机械张紧轮固定在摆臂9上。

惰轮7直接安装在摆臂9提供的螺纹孔13上，与带轮4一起为发电机17提供较大的包角，同时与带轮4形成一种耦合结构。

本张紧装置应用在48V皮带起停(BSG)前端轮系中，张紧装置固定在发电机带轮17的前端盖上，并位于发电机带轮外侧，由张紧轮20和惰轮7压在发电机皮带输入段19和发电机皮带输出段18上，即将发电机带轮‘夹’在中间。该张紧装置具有两个运动自由度，运动自由度一：其中摆臂9直接装配在张紧轮本体5中的弧形轨道12中，可以绕发电机带轮17中心弧形摆动；运动自由度二：普通机械张紧轮的张紧臂3绕杯体1中心摆动。

在发动机运行过程中，张紧轮20对惰轮7和带轮4提供同样的压力，但是张紧轮20的摆臂9可以绕电机中心摆动，使惰轮7和带轮4的包角动态变化，来适应发电机皮带进入段19和发电机皮带输出段18松边紧边的变换。假定电机扭矩为T17、张紧轮提供的压力为F、发电机皮带输入段19的张力为F19、发电机皮带输出段18的张力为F18、发电机半径为R、带轮4包角为γ、惰轮7的包角为α，则存在如下关系：

F19＝F*f(γ)——当γ增大时，f(γ)减小，反之亦然。

F18＝F*f(α)——当α增大时，f(α)减小，反之亦然。

当发电工况时，见图6：

此时γ较名义位置大，α较名义位置小，所以F19减小，F18增大。

当助力或者启动工况时，见图7：

此时γ较名义位置小，α较名义位置大，所以F19增大，F18减小。

基于以上理论可以知道，本张紧装置在张紧轮提供F恒定的情况下，通过摆臂9在张紧轮本体5中滑动来调整惰轮7和带轮4的包角，进而达到调整不同工况下发电机皮带进入段F19和发电机皮带输出段F18张力的大小目的。来满足发电机在助力、发电等不同工作状态下对前端轮系的要求。

Claims (6)

1.一种具备双向调节功能的张紧装置，包括张紧轮（20），其特征在于，还包括张紧轮本体（5）、惰轮（7）和摆臂（9）；

所述张紧轮本体（5）是整个张紧轮的基体，是与外部零件连接的零件，在张紧轮本体（5）上有弧形轨道（12），作为摆臂（9）的运动轨道；

所述摆臂（9）位于张紧轮本体（5）的弧形轨道（12）中，并可在其中运动，摆臂（9）两端装配固定张紧轮（20）和惰轮（7）；

所述张紧装置位于发电机带轮外侧，由张紧轮（20）和惰轮（7）分别压在发电机皮带进入段（19）和发电机皮带输出段（18）上，即将发电机带轮围在中间，张紧轮本体（5）的弧形轨道（12）是以发电机带轮为中心的圆弧，摆臂可以绕发电机带轮（17）中心弧形摆动，摆臂（9）的两端臂长不同，装配张紧轮（20）一端长于装配惰轮（7）一端；

还包括阻尼环（8），通过卡扣固定在摆臂（9）上，在摆臂运动过程中，在摆臂（9）与张紧轮本体（5）之间提供阻尼力；

所述张紧装置在电机扭矩为T17、张紧轮提供的压力为F、发电机皮带进入段（19）的张力为F19、发电机皮带输出段（18）的张力为F18、发电机带轮半径为R、带轮（4）包角为γ、惰轮（7）的包角为α时，满足如下关系：

F19=F*f（γ）——当γ增大时，f（γ）减小，反之亦然；

F18=F*f（α）——当α增大时，f（α）减小，反之亦然；

所述阻尼环（8）包括上环和下环，分别从上方和下方扣在摆臂（9）上，包裹摆臂，阻尼环（8）与张紧轮本体（5）内腔全面接触，并大部分被张紧轮本体（5）包裹住；

所述张紧轮（20）包括杯体（1）、杯体内部的弹簧组件、张紧臂（3）和带轮（4），张紧臂（3）一端装配带轮（4），另一端与杯体（1）连接，张紧臂（3）绕杯体（1）中心摆动，并由张紧轮弹簧组件提供弹簧扭矩，通过张紧臂（3）、带轮（4）对发电机皮带进入段（19）形成一个压力。

2.根据权利要求1所述的具备双向调节功能的张紧装置，其特征在于，所述摆臂（9）上有两个卡槽（10），用以固定阻尼环（8）。

3.根据权利要求1或2所述的具备双向调节功能的张紧装置，其特征在于，惰轮（7）是直接安装在摆臂（9）提供的螺纹孔（13）上，与带轮（4）一起为发电机带轮（17）提供较大的包角，同时与带轮(4)形成一种耦合结构。

4.根据权利要求1或2所述的具备双向调节功能的张紧装置，其特征在于，所述张紧轮本体(5)上有安装孔（11），张紧轮（20）通过安装孔（11）固定在发电机带轮（17）的前端盖上。

5.根据权利要求1或2所述的具备双向调节功能的张紧装置，其特征在于，所述张紧装置用在48V皮带起停（BSG）前端轮系中。

6.一种发动机前端轮系，包括发电机带轮、发电机皮带和张紧装置，其特征在于，所述张紧装置具有如权利要求1-5任一项所述的具备双向调节功能的张紧装置，张紧装置固定在发电机带轮（17）的前端盖上，并位于发电机带轮外侧，由张紧轮（20）和惰轮（7）分别压在发电机皮带进入段（19）和发电机皮带输出段（18）上，通过摆臂（9）在张紧轮本体（5）中滑动达到调整惰轮（7）和带轮（4）包角的目的，在张紧轮提供压力F恒定的情况下，能够适应发电机两边皮带张力大小，避免前端轮系皮带张力出现0张力的情况。

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