ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ НАТЯЖИТЕЛЬ ЦЕПИ

Техническое решение относится к области машиностроения и может найти применение в механизме привода распределительного вала двигателя внутреннего сгорания.
Гидромеханический натяжитель цепи предназначен для автоматического поддержания цепи в натянутом состоянии и демпфирования вынужденных колебаний возникающих при работе механизма привода распределительного вала. Следует отметить - вынужденные колебания вызваны технологическими погрешностями изготовления цепи (неравномерность звеньев) и приводных звездочек распределительного и коленчатого валов.
Вынужденные колебания имеют определенную частоту и амплитуду колебаний. Задача устройства отследить амплитуду этих колебаний и плавно демпфировать, т.е. безударно погасить возникающие при этом динамические нагрузки на корпусных деталях.
Для компенсации динамических нагрузок обычно используется гидравлический демпфер, состоящий из камеры, подпитываемой через обратный клапан из нагнетательной магистрали двигателя и дроссельного устройства. Кроме этого на некоторых режимах работы двигателя может возникать резонанс, который должен гаситься устройством без разрушения рабочих элементов механизма газораспределения.
Известен гидравлический натяжитель цепи (см., например патент ФРГ №4035823, кл. F16Н 7/08, 1990 г.).
Натяжитель состоит из корпуса в виде полого цилиндра с основанием, где размещен перепускной шариковый обратный клапан. Внутри корпуса установлен подпружиненный плунжер с крышкой, где установлен дополнительный обратный клапан. Плунжер с корпусом образуют плунжерную пару, а между основанием корпуса и крышкой образована демпфирующая камера связанная с маслоподающей магистралью дроссельным устройством в виде кольцевой щели. Масло из масляной магистрали по отверстиям, выполненным на наружных поверхностях корпуса и плунжера, через обратный клапан подается в демпфирующую камеру. Пружина в совокупности с усилием от давления масла обеспечивает перемещение плунжера и натяжение цепи. Динамические нагрузки от цепи через плунжер передается на гидравлический демпфер. Натяжитель кроме конструктивной сложности обладает рядом недостатков к наиболее существенным, из которых следует отнести:
известно, что работоспособность гидравлического демпфера зависит от герметичности обратного клапана и отсутствия в нем воздуха.
Циклический режим работы устройства, когда шарик прецессирует в осевом направлении, открывая закрывая маслоподающий канал, создает некоторые трудности в обеспечении требуемой герметичности обратного клапана особенно при работе на «грязном» и «холодном» масле. Это связано с тем, что усилие, развиваемое пружинным элементом шарика, составляет 6…10 грамм, что накладывает определенные ограничения на вязкость масла, которая взаимосвязана с температурным градиентом и зашлакованностью как продуктами износа, так и окислами самого масла. Из практики известно, герметичность обратного клапана перестает удовлетворять требуемым условиям демпфирования при запуске двигателя в зимнее время, например, при температуре -20°С. Это обстоятельство, как и при наличие воздуха, приводит к резкому увеличению амплитуды колебаний участка цепи, и как следствие, к разрушению привода механизма газорапределения.
Известен гидромеханический натяжитель цепи капсульного типа (см., например, патент РФ №2067232, М. кл. F16H 7/08 от 03.04.1992 г.), содержащий корпус в виде полого цилиндра, резьбовую крышку с шариковым обратным клапаном и каналом для подачи масла. Внутри корпуса установлен подпружинный плунжер, образующий с корпусом подвижное соединение с образованием дроссельного устройства в виде кольцевой щели. При этом на наружной поверхности плунжера выполнена ступенчатая канавка специального профиля, где установлен упорный элемент, который может последовательно взаимодействовать с кольцевыми проточками корпуса, обеспечивая возможность аксиального перемещения плунжера только в одном направлении (шаговый механизм фиксации обратного хода). Кроме этого, на плунжере с противоположной стороны от крышки в специальной канавке дополнительно установлен упорный элемент, который в процессе транспортировки, т.е. при нерабочем состоянии натяжителя, запирает плунжер в корпусе с образованием капсулы. В рабочем состоянии этот упорный элемент остается в канавке плунжера. Крышка, корпус, плунжер образуют демпфирующую камеру, которая связана дроссельным устройством со сливной магистралью масла. Масло из системы смазки под давлением через маслоподающий канал крышки, и шариковый обратный клапан попадает в демпфирующую камеру. Пружина в совокупности с усилием от давления масла обеспечивает перемещение плунжера и натяжение цепи. Под воздействием динамических нагрузок вызванных вынужденными колебаниями цепи плунжер смещает в сторону крышки. При этом происходит рост давления масла внутри демпфирующей камеры, величина которого, а соответственно и сила торможения плунжера, зависит от сопротивления дроссельного устройства, через которое дросселируется вытесняемое масло.
Таким образом, гидравлическое сопротивление дроссельного устройства обеспечивает плавное перемещение плунжера с образованием оптимального рабочего зазора в котором происходят вынужденные колебания цепи. В случае если появляется резонанс, происходит резкое увеличение амплитуды колебаний цепи и, следовательно, динамических нагрузок, которые начинают ударно гаситься механизмом фиксации обратного хода. Это может привести к разрушению упорного элемента и, как следствие, выходу натяжителя из строя. Кроме этого в процессе работы дроссельное устройство, которое представляет собой кольцевую щель малого сечения, начинает работать как масляный фильтр. Это приводит к забиванию дроссельного устройства шлаками масла и продуктами износа, увеличению его гидравлического сопротивления, и. как следствие, выходу натяжителя из строя.
Известен гидромеханический натяжитель цепи капсульного типа (см., например, патент РФ №2163986, кл. F16Н 7/08 от 16.12.2000 г.).
Натяжитель содержит корпус с дроссельным устройством, подвижную и образующую с корпусом плунжерную пару крышку. Крышка имеет кольцевую канавку, маслоподающий канал и шариковый обратный клапан. Внутри корпуса установлен подпружиненный плунжер, образующий с корпусом вторую плунжерную пару. На плунжере выполнены кольцевые канавки, где установлены упорные элементы, которые образуют с кольцевыми расточками корпуса шаговый механизм фиксации обратного хода и монтажную капсулу. В рабочем состоянии упорный элемент образующий монтажную капсулу остается в канавке плунжера. Крышка, корпус, плунжер образуют демпфирующую камеру, которая связана дроссельным устройством корпуса с маслоподающей магистралью системы смазки. Масло из системы смазки под избыточным давлением через кольцевую щель между крышкой и корпусом, через маслоподающий канал крышки, и шариковый обратный клапан поступает в демпфирующую камеру. Пружина в совокупности с усилием от давления масла обеспечивает перемещение плунжера и натяжение цепи. Динамические нагрузки от цепи смещают плунжер и через механизм фиксации обратного хода, и корпус в сторону крышки. При этом масло из демпфирующей камеры дросселируется через дроссельное устройство в маслоподающую магистраль системы смазки. Гидравлическое сопротивление дроссельного устройства обеспечивает плавное перемещение плунжера и корпуса с образованием оптимального рабочего зазора, в котором происходят вынужденные колебания цепи.
В случае появления резонанса, когда происходит резкое увеличение амплитуды колебаний цепи и, следовательно, динамических нагрузок, проходное сечение дроссельного устройства перекрывается наружной поверхностью крышки. При этом в демпфирующей камере происходит импульсный рост давления масла с образованием гидравлического удара. Гидравлический удар может сдвинуть плунжер относительно корпуса в сторону цепи, что приведет к срабатыванию механизма фиксации обратного хода и уменьшению рабочего зазора. При уменьшении этого зазора происходит увеличение динамических нагрузок, что в свою очередь приводит к снижению работоспособности, как самого натяжителя, так и привода механизма газорапределения.
Кроме этого, наличие температурного градиента по толщине стенки корпуса способствует облитерации (заиливание) продуктами износа двигателя и шлаками самого масла. Это обстоятельство приводит к увеличению гидравлического сопротивления дроссельного устройства и, как следствие, нарушению работоспособности натяжителя.
Прототипом предлагаемого технического решения является гидромеханический натяжитель цепи по патенту РФ №2163986.
Задача предлагаемого технического решения повышение работоспособности гидромеханического натяжителя.
Указанная цель достигается тем, что в известном гидромеханическом натяжителе цепи содержащем корпус, дроссельное устройство, подвижную и образующую с корпусом плунжерную пару крышку с кольцевой канавкой, маслоподающим каналом и шариковым обратным клапаном, подпружиненный и образующий с корпусом вторую плунжерную пару, плунжер с упорными элементами для образования монтажной капсулы и шагового механизма фиксации обратного хода, дроссельное устройство состоит из дроссельного отверстия, выполненного в крышке со стороны плунжера, кольцевой проточки на наружной поверхности крышки и щелевого дросселя в виде кольцевой расточки на внутренней поверхности корпуса, расположенной направив проточки и канавки крышки, при этом дроссельное отверстие выходит в кольцевую проточку крышки, а проходное сечение щелевого дросселя может перекрываться наружной поверхностью крышки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фигура 1. Общий вид гидромеханического натяжителя цепи;
Фигура 2. Увеличенное изображение крышки корпуса с дроссельным устройством.
Гидромеханический натяжитель цепи содержит: корпус 1, крышку 2 и плунжер 3 с пружиной 4. Крышка 2 имеет кольцевую канавку 5, маслоподающий канал 6, шариковый обратный клапан 7, кольцевую проточку 8 и дроссельное отверстие 9. На плунжере 3 в специальных канавках 10, 11 установлены упругие кольцевые элементы соответственно 12, 13. Кольцевой элемент 12 и расточка 14 корпуса 1 могут образовать монтажную капсулу, а кольцевой элемент 13 и расточка 15 - шаговый механизм фиксации обратного хода.
Корпус 1 имеет кольцевые расточки 16, 17. В расточке 17 установлен кольцевой элемент 18. Кольцевой элемент 18 и расточка 17 ограничивают осевое перемещение крышки 2.
Корпус 1, крышка 2 и плунжер 3 образуют демпфирующую камеру 19.
Гидромеханический натяжитель цепи работает следующим образом. Перед монтажом натяжителя в двигатель плунжер 3 зафиксирован в корпусе 1 посредством кольцевого элемента 12 и расточки 14. После установки устройства в специальное гнездо двигателя его закрывают герметичной фланцевой крышкой. После запуска двигателя плунжер 3 дефиксируется. После дефиксации пружина 4 перемещает плунжер 3 до сопряжения его с механизмом натяжения цепи. Под воздействием пружины 4 цепь натягивается, при этом кольцевой элемент 13 занимает положение или в одной из расточек 15 корпуса 1, или между расточками. В процессе работы двигателя масло из системы смазки через маслоподающий канал 6 и шариковый обратный клапан 7 крышки 2 попадает в демпфирующую камеру 19 и заполняет ее. Под воздействием динамических нагрузок вызванных вынужденными колебаниями цепи плунжер 3 с корпусом 1 смещаются в сторону крышки 2. При этом происходит рост давления масла внутри демпфирующей камеры 19, величина которого зависит от гидравлического сопротивления дроссельного устройства, а именно от сопротивления перепускного дроссельного отверстия 9 крышки 2 и щелевого дросселя 16 корпуса 1. Рост давления в демпфирующей камере 19 обеспечивает плавное перемещение плунжера 3. Вытесняемое при этом масло дросселируется через дроссельное отверстие 9 в кольцевую проточку 8 и через щелевой дроссель 16 сливается в маслоподающий канал 6 откуда попадает в систему смазки. После образования рабочего зазора, в котором происходят вынужденные колебания цепи, плунжер 3 с корпусом 1 останавливаются. При резонансе, когда происходит резкое увеличение амплитуды колебаний цепи и рост динамических нагрузок, плунжер 3 с корпусом 1 начинают перемещаться к крышке 2.
При этом часть проходного сечения щелевого дросселя 16, расположенного напротив проточки 8 перекрывается наружной поверхностью крышки 2, запирая кольцевую проточку на безрасходный режим.
Возникающий при этом микрогидравлический удар не несет никаких разрушающих воздействий вследствие малого объема проточки.
Размещение дроссельного отверстия 9 в проточке 8, где практически отсутствует температурный градиент, позволяет исключить возможность его облитерации.
Таким образом, предложенное техническое решение исключило не только облитерацию дроссельного отверстия, но и защитило натяжитель от гидравлического удара, что привело к улучшению работоспособности гидромеханического натяжителя в целом.