某發(fā)動機正時系統(tǒng)張緊器試驗問題優(yōu)化

王友成，王英杰，歐陽彩云，葉志偉，陳友祥

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某發(fā)動機正時系統(tǒng)張緊器試驗問題優(yōu)化

王友成，王英杰，歐陽彩云，葉志偉，陳友祥

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

扭簧張緊器作為汽車發(fā)動機正時系統(tǒng)的關鍵元件，其失效會導致機油泵驅(qū)動無法正常工作，繼而發(fā)動機油壓不足。文章針對扭簧張緊器在臺架試驗中發(fā)生的故障，對其提出多種結構優(yōu)化方案，然后利用CAE分析，確定最佳方案。

扭簧張緊器；機油泵驅(qū)動；油壓；優(yōu)化

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-180-03

引言

某款發(fā)動機在600h部分負荷臺架試驗過程中，試驗進行127h后檢測到發(fā)動機機油壓力不足，且前端異響，開機檢查發(fā)現(xiàn)油泵驅(qū)動鏈條脫離張緊器軌道，機油泵無法正常工作。

對故障件進行分析發(fā)現(xiàn)，曲軸鏈輪和機油泵鏈輪齒形完好，沒有明顯磨損痕跡；鏈條經(jīng)測量，拉長率低于設計標準值0.7%；扭簧張緊器扭簧剛度正常，但由于張緊器本體已經(jīng)脫離鏈條，受鏈條運動引起的磨損嚴重。

機油泵驅(qū)動系統(tǒng)如圖1，其作為發(fā)動機正時系統(tǒng)的一部分，作用是傳遞曲軸鏈輪與機油泵鏈輪之間的轉(zhuǎn)動，曲軸鏈輪通過鏈條驅(qū)動機油泵鏈輪，機油泵鏈輪旋轉(zhuǎn)帶動機油泵軸轉(zhuǎn)動使機油泵正常工作。鏈條的松緊程度隨著發(fā)動機工況的動態(tài)變化而不斷發(fā)生跳動，扭簧張緊器是機油泵驅(qū)動系統(tǒng)的關鍵零件，其作用在鏈條上，正是為了保證鏈條時刻保持拉緊狀態(tài)，使機油泵驅(qū)動系統(tǒng)正常工作。

圖3 機油泵驅(qū)動系統(tǒng)

扭簧張緊器依靠彈簧力和自身的力臂，對鏈條有一扭矩作用，其失效，會直接導致機油泵驅(qū)動系統(tǒng)無法正常工作，發(fā)動機機油無法正常循環(huán)，繼而導致整個發(fā)動機故障。

本文針對試驗中正時系統(tǒng)的扭簧張緊器出現(xiàn)的故障，對扭簧張緊器提出優(yōu)化建議，然后采用有限元方法對優(yōu)化后的方案進行分析驗證，確定優(yōu)化方案的可行性。經(jīng)過此過程后重新開模具，制作扭簧張緊器樣件，然后再上臺架進行試驗驗證。避免了僅靠經(jīng)驗設計可能產(chǎn)生的失誤以及成本浪費和產(chǎn)品研發(fā)周期的延長。

1、扭簧張緊器優(yōu)化

圖4 現(xiàn)狀態(tài)扭簧張緊器不同角度視圖

圖5 扭簧張緊器設計間隙

針對機油泵驅(qū)動系統(tǒng)的失效情況，對扭簧張緊器提出兩個方面的優(yōu)化要求：其一是增加剛度，提高其抗變形能力，其二是增加扭簧張緊器防脫鏈結構。

扭簧張緊器周圍間隙小，與定軌之間的間隙為5.94mm，與缸體螺栓凸臺間隙4.3mm，因此其優(yōu)化空間局限，無法大幅度改變結構，只能局部優(yōu)化，在增加剛度的同時，不能產(chǎn)生干涉，另外為了防脫鏈，扭簧張緊器與鏈條的接觸面兩邊要增加擋塊機構。

圖6 方案1的不同角度視圖

綜上所述，對扭簧張緊器做出2種改進方案。

方案一：增加鏈條防脫機構，并在保證扭簧工作時不與周圍零部件干涉的基礎上，在扭簧局部增加包裹結構，如圖所示。

方案二：增加鏈條防脫機構，另外在不改變基本機構的前提下，僅將材料本體厚度由3.5mm增加至4mm，如圖所示。

圖7 方案2的不同角度視圖

2、有限元分析對比

圖8 載荷施加示意圖

正時系統(tǒng)設計要考慮鏈條無磨損和鏈條0.7%磨損兩種狀態(tài)，根據(jù)廠家的設計經(jīng)驗值，對現(xiàn)有扭簧張緊器以及兩種改進方案共三種狀態(tài)分別進行這兩種鏈狀態(tài)的FEA分析，邊界條件如表所示。

表1 鏈條無磨損和0.7%磨損狀態(tài)下張緊器的工況

3、結果分析

表2 現(xiàn)狀態(tài)張緊器FEA分析結果

表3 張緊器優(yōu)化方案1FEA分析結果

表4 張緊器優(yōu)化方案2FEA分析結果

上述表格為三種張緊器狀態(tài)的FEA分析結果，對比三個表格可知：

a、張緊器在鏈條無磨損和0.7%磨損狀態(tài)下的應力和應變相差不大；

b、應力方面：張緊器現(xiàn)狀態(tài)＞方案2＞方案1，方案1最優(yōu)；

c、張緊器的導軌中性面跳動方面：張緊器現(xiàn)狀態(tài)＞方案2＞方案1，方案1最優(yōu)；

d、應變方面：張緊器現(xiàn)狀態(tài)＞方案2＞方案1，方案1最優(yōu)；

因此確定方案1作為張緊器的最終優(yōu)化方案，但在正式開模具前，必須進行手工樣件試驗驗證。

4、優(yōu)化后試驗驗證

優(yōu)化后的張緊器主觀判斷剛度明顯優(yōu)于原狀態(tài)，安裝在發(fā)動機上，經(jīng)800h交變及全速全負荷等發(fā)動機臺架試驗后，鏈條未再發(fā)生脫軌，張緊器狀態(tài)良好，整車路試后的發(fā)動機拆機，正時系統(tǒng)狀態(tài)完好。由此得出結論，本文對扭簧張緊器的分析、優(yōu)化措施是正確的，該發(fā)動機正時系統(tǒng)的扭簧張緊器試驗問題得以有效解決。

5、結束語

針對臺架試驗中出現(xiàn)的零部件故障，可提出不止一種優(yōu)化方案，經(jīng)過CAE分析對比后，選擇一個最優(yōu)方案，然后再制作樣件，進行試驗分析。避免僅憑主觀判斷即開模造成的模具成本和時間成本的浪費。

Optimization of an engine spring tensioner based on the test problems

Wang Youcheng, Wang Yingjie, Ouyang Caiyun, Ye Zhiwei, Chen Youxiang
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

the spring tensioner, as a key engine part of the timing system ,whose failure will lead to oil pump cannot work properly, then lead to the deficiency of engine oil pressure. this paper aims to improve the spring tensioner based on the failure types occurred on test, more than one optimization variants are put forward, then choose the best optimization through the meathead of CAE analysis.

spring tensioner; oil pump drive; oil pressure; optimization

U467.3

A

1671-7988(2016)07-180-03

王友成，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.056