某发动机正时系统张紧器试验问题优化

王友成，王英杰，欧阳彩云，叶志伟，陈友祥

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某发动机正时系统张紧器试验问题优化

王友成，王英杰，欧阳彩云，叶志伟，陈友祥

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

扭簧张紧器作为汽车发动机正时系统的关键元件，其失效会导致机油泵驱动无法正常工作，继而发动机油压不足。文章针对扭簧张紧器在台架试验中发生的故障，对其提出多种结构优化方案，然后利用CAE分析，确定最佳方案。

扭簧张紧器；机油泵驱动；油压；优化

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

引言

某款发动机在600h部分负荷台架试验过程中，试验进行127h后检测到发动机机油压力不足，且前端异响，开机检查发现油泵驱动链条脱离张紧器轨道，机油泵无法正常工作。

对故障件进行分析发现，曲轴链轮和机油泵链轮齿形完好，没有明显磨损痕迹；链条经测量，拉长率低于设计标准值0.7%；扭簧张紧器扭簧刚度正常，但由于张紧器本体已经脱离链条，受链条运动引起的磨损严重。

机油泵驱动系统如图1，其作为发动机正时系统的一部分，作用是传递曲轴链轮与机油泵链轮之间的转动，曲轴链轮通过链条驱动机油泵链轮，机油泵链轮旋转带动机油泵轴转动使机油泵正常工作。链条的松紧程度随着发动机工况的动态变化而不断发生跳动，扭簧张紧器是机油泵驱动系统的关键零件，其作用在链条上，正是为了保证链条时刻保持拉紧状态，使机油泵驱动系统正常工作。

图3 机油泵驱动系统

扭簧张紧器依靠弹簧力和自身的力臂，对链条有一扭矩作用，其失效，会直接导致机油泵驱动系统无法正常工作，发动机机油无法正常循环，继而导致整个发动机故障。

本文针对试验中正时系统的扭簧张紧器出现的故障，对扭簧张紧器提出优化建议，然后采用有限元方法对优化后的方案进行分析验证，确定优化方案的可行性。经过此过程后重新开模具，制作扭簧张紧器样件，然后再上台架进行试验验证。避免了仅靠经验设计可能产生的失误以及成本浪费和产品研发周期的延长。

1、扭簧张紧器优化

图4 现状态扭簧张紧器不同角度视图

图5 扭簧张紧器设计间隙

针对机油泵驱动系统的失效情况，对扭簧张紧器提出两个方面的优化要求：其一是增加刚度，提高其抗变形能力，其二是增加扭簧张紧器防脱链结构。

扭簧张紧器周围间隙小，与定轨之间的间隙为5.94mm，与缸体螺栓凸台间隙4.3mm，因此其优化空间局限，无法大幅度改变结构，只能局部优化，在增加刚度的同时，不能产生干涉，另外为了防脱链，扭簧张紧器与链条的接触面两边要增加挡块机构。

图6 方案1的不同角度视图

综上所述，对扭簧张紧器做出2种改进方案。

方案一：增加链条防脱机构，并在保证扭簧工作时不与周围零部件干涉的基础上，在扭簧局部增加包裹结构，如图所示。

方案二：增加链条防脱机构，另外在不改变基本机构的前提下，仅将材料本体厚度由3.5mm增加至4mm，如图所示。

图7 方案2的不同角度视图

2、有限元分析对比

图8 载荷施加示意图

正时系统设计要考虑链条无磨损和链条0.7%磨损两种状态，根据厂家的设计经验值，对现有扭簧张紧器以及两种改进方案共三种状态分别进行这两种链状态的FEA分析，边界条件如表所示。

表1 链条无磨损和0.7%磨损状态下张紧器的工况

3、结果分析

表2 现状态张紧器FEA分析结果

表3 张紧器优化方案1FEA分析结果

表4 张紧器优化方案2FEA分析结果

上述表格为三种张紧器状态的FEA分析结果，对比三个表格可知：

a、张紧器在链条无磨损和0.7%磨损状态下的应力和应变相差不大；

b、应力方面：张紧器现状态＞方案2＞方案1，方案1最优；

c、张紧器的导轨中性面跳动方面：张紧器现状态＞方案2＞方案1，方案1最优；

d、应变方面：张紧器现状态＞方案2＞方案1，方案1最优；

因此确定方案1作为张紧器的最终优化方案，但在正式开模具前，必须进行手工样件试验验证。

4、优化后试验验证

优化后的张紧器主观判断刚度明显优于原状态，安装在发动机上，经800h交变及全速全负荷等发动机台架试验后，链条未再发生脱轨，张紧器状态良好，整车路试后的发动机拆机，正时系统状态完好。由此得出结论，本文对扭簧张紧器的分析、优化措施是正确的，该发动机正时系统的扭簧张紧器试验问题得以有效解决。

5、结束语

针对台架试验中出现的零部件故障，可提出不止一种优化方案，经过CAE分析对比后，选择一个最优方案，然后再制作样件，进行试验分析。避免仅凭主观判断即开模造成的模具成本和时间成本的浪费。

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，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.056