체인 구동을 위한 래칫 메커니즘 document_id A220623026050

유압 텐셔너(hydraulic tensioner)와 같은 인장 장치는 체인이 내연 기관의 다양한 작동축들에 연결되는 다수의 스프로킷들 사이를 이동할 때에 폐루프 동력 전달 체인을 위한 제어 장치로 사용된다. 이 시스템에서, 상기 체인은 구동축으로부터 적어도 하나의 피구동축으로 동력을 전달하며, 어느 시점에서, 체인의 일부분은 느슨해지고 체인의 다른 일부분은 팽팽해진다. 상기 피구동축(들)은 하나 이상의 캠축(camshaft) 또는 밸런스축(balance shaft)일 수 있다. 톱니 체인의 경우 소음, 미끄러짐(slippage) 또는 톱니의 맞물리지 않음을 방지하기 위해 상기 체인에 대해 일정한 정도의 장력를 부여하고 유지하는 것이 중요하다. 이러한 미끄러짐의 방지는 톱니의 점핑(jumping)이 캠 타이밍(cam timing)을 놓치도록 하며, 상기 엔진에 대한 심각한 손상을 초래하거나 완전히 작동하지 않도록 할 수 있기 때문에 내연 기관의 체인 구동 캠축의 경우에 특히 중요하다. 　　　그러나, 내연 기관의 열악한 환경에서, 다수의 요소들이 상기 체인의 어느 일정 부분의 장력의 변동을 초래한다. 예를 들어, 상기 엔진의 다양한 부분들 사이의 극단적인 온도 변동과 열팽창계수의 차이는 체인 장력을 과도하게 높거나 매우 낮은 레벨로 변하도록 할 수 있다. 시간이 지나면, 체인 구동시스템의 부품들은 마모될 것이며, 이는 결국 체인 장력의 꾸준한 감소를 초래한다. 게다가, 캠축 및 크랭크축 유도 비틀림 진동은 다양한 부품들이 시간에 따라 마모됨에 따라 증폭되는 체인 장력에 상당한 변동을 초래한다. 또한, 마모가 증가함에 따라, 정지된 동안 또는 엔진 시동의 실패 시에 발생하는 엔진의 역회전이, 점점 더 심각한 체인 장력의 변동을 초래할 것이다. 이런 이유들로, 메커니즘이 동력 전달 시스템의 체인과 다른 부품들이 상기 체인의 지나친 느슨함이나 과도한 팽팽함을 겪지 않도록 구동시스템의 부품들의 점진적 마모를 관리하는 것이 요구된다. 　　　유압 텐셔너들은 체인 장력을 제어하기 위한 일반적인 방법이다. 일반적으로, 이러한 메커니즘들은 체인 구동 시스템의 이완 측의 체인을 미는 레버 아암을 사용한다. 상기 레버 아암은 상기 체인을 밀어서, 체인이 느슨할 때 상기 체인을 팽팽하게 한다. 그러나, 이는 아울러 상기 체인이 팽팽해짐에 따라 저항력을 제공해야 한다. 이러한 일들을 처리하기 위해, 유압 텐셔너들이 일반적으로 사용된다. 이들은 피스톤으로서 로드(rod) 또는 실린더를 일반적으로 포함하는데, 이는 텐셔너 스프링에 의해 상기 체인의 방향으로 편향된다. 상기 피스톤은 상기 체인과 마주보는 단부에서 열려있고 다른 단부에서 닫혀있는 내부 공간을 갖는 원통형 하우징 내에 포함된다. 상기 하우징의 내부 공간은 채널들 또는 덕트들(ducts)을 경유하여 가압된 유압유체의 저장조 또는 외부 공급원에 연결된 압력 챔버(pressure chamber)를 한정한다. 상기 압력 챔버는 일반적으로 하우징과 피스톤 사이에 형성되며, 이는 상기 하우징 내에서 축방향으로 이동함에 따라 확대되거나 수축된다. 　　　많은 텐셔너들은 또한 상기 챔버의 압력이 너무 높을 때는 유체가 상기 압력 챔버로부터 방출되도록 하는 압력완화 메커니즘을 사용하며, 상기 피스톤이 증가하는 체인 장력에 대응하여 제어된 속도로 수축하도록 한다. 몇몇 텐셔너들에서, 상기 압력 완화 메커니즘은 스프링 편향 체크 밸브다. 상기 체크 밸브는 압력이 일정한 압력점을 초과할 때 개방된다. 어떤 텐셔너들은 압력완화 기능은 물론 유입구 체크기능까지 수행하는 밸브를 사용할 수 있다. 　　　또한 스프링 블레이드 텐셔너들(spring blade tensioners)은 스프링 또는 스프링들을 과도하게 압박하여 부하 변동이 지나치게 심하지 않은 체인 또는 벨트 장력을 제어한다고 알려져 있다. 백래시(backlash) 메커니즘을 가진 래칫이 인장 장치의 후방 이동을 제한하기 위해 그와 같은 텐셔너들에 추가될 수 있다. 　　　종래의 블레이드 텐셔너는 구부러진 체인 슬라이딩면(chain sliding face)을 구비하는 블레이드 슈(blade shoe)와 적어도 하나의 블레이드 스프링(blade spring)을 포함한다. 스프링재는 바람직하게는 상기 블레이드 스프링에 스프링 같은 장력을 부여하도록 처리된 금속성 합금이다. 상기 블레이드 슈를 상기 체인에 대해 강제로 편향시키기 위해 다수의 블레이드 스프링들이 상기 체인 슬라이딩면 아래에 있는 층들에 배열될 수 있다. 체인 장력의 증가에 대응하여 상기 블레이드 슈의 무제한적인 수축을 저지하기 위해 각 블레이드 스프링의 단부들이 상기 블레이드 슈 내에 고정된다. 브라켓(bracket)은 상기 엔진에 상기 블레이드 텐셔너를 장착하기 위해 제공된다. 상기 브라켓은 체인 장력의 변화에 대응하여 상기 체인에 대하여 피봇할 수 있게 된다. 　　　도 1은 체인 구동 동력 전달 시스템에서 래칫 장치를 사용하는 텐셔너를 보여준다. 상기 동력 전달 시스템은 캠축(304)과 같은 피구동 축의 스프로켓(305)을 구동시키기 위해서 연속적인 루프 체인(306)을 사용하는 스프로켓(303)을 구비하는 구동 축(302)을 포함한다. 래칫 텐셔너(301)는 플런저(plunger, 308)를 수용하기 위한 구멍(312)을 구비하는 텐셔너 하우징(307), 및 핀(316)에 의해 상기 텐셔너 하우징(307)에 피봇 가능하게(pivotally) 장착되고 래칫 스프링(318)에 의해 편향되는 래칫 폴(ratchet pawl, 317)을 포함한다. 상기 플런저(308)는 상기 래칫 폴(317)에 맞물리게 하기 위해 그의 바깥 둘레의 일 측면에 톱니를 가진다. 상기 플런저(308)는 중공 챔버(313)로의 압축된 유체의 도입에 의하고 플런저 스프링(314)의 힘에 의해서 텐션 레버(tension lever, 310)를 향하여 상기 구멍(hole, 312)으로부터 밖으로 편향된다. 상기 텐셔너 레버(310)는 지지축(309)에서 피봇하고, 상기 타이밍 체인(306)의 이완 측에 접촉하고 장력을 가하는 슬라이딩면(311)을 가진다. 상기 구멍(312) 안으로의 상기 플런저(308)의 후방 이동은 상기 플런저의 톱니와 래칫 폴(317)의 일방향 결합에 의해 제한된다. 　　　부품 마모를 보상하기 위해 사용될 수 있는 텐셔너 어셈블리의 한 형태가 도 2에 도시된다. 구동 스프로켓(102)은 엔진의 크랭크 축(도시되지 않음) 으로부터 벨트 또는 체인(100)을 경유하여 적어도 하나의 피구동 스프로켓(104, 104')으로 에너지를 전달한다. 체인 구동이 가장 흔하다. 상기 피구동 스프로켓(104,104')들은 내연 기관의 캠축을 각각 구동하고, 둘 모두는 차례로 엔진 타이밍을 제어한다. 구동 스프로켓으로부터 적어도 하나의 피구동 스프로켓으로 또는 그 반대방향으로 이어지는 체인의 스트랜드들(strands)은 다른 엔진 조건들에 대응하여 장력이 변화한다. 엔진이 작동하는 동안, 하나의 스트랜드는 비교 시에 느슨하다고 여겨지는 다른 스트랜드보다 실질적으로 팽팽하다. 상기 체인이 톱니 스프로킷들과 맞물린 시스템에서, 인장 장치(100)는 체인 장력 변동들에 대응하여 상기 스프로킷 톱니로부터의 체인의 튐(skipping)을 방지하기 위해 사용된다. 　　　상기 인장 장치(100)는 두 개의 텐셔너 브래킷들(112,112')로 구성된다. 각각의 텐셔너 브래킷은 단일 피봇점(single pivot point, 106, 106', 106a, 또는106a')에서 상기 엔진에 피봇 가능하게 장착되고, 상기 특정 위치는 특정 엔진을 위한 다른 설계 파라미터들에 의해 결정된다. 예를 들면, 텐셔너 브래킷(112)은 제 1 단부(107)가 피봇점(106), 또는 그 길이를 따라 거의 중앙점(106a)에서 고정될 수 있는 반면, 텐셔너 브래킷(112’)은 그의 제 1 단부(107’)가 피봇점(106’), 또는 그 길이를 따라 거의 중앙점(106a’)에서 상기 엔진에 고정될 수도 있다. 도면 부호(109,109')로 표시된 텐셔너 브래킷들(112,112')의 제2 단부들은, 아암(arm, 130)에 의해 조정 가능하게 서로 연결된다. 아암(130)은 래칫 메커니즘(155)을 포함하는데, 이 경우에, 이는 체인의 과도한 이완 또는 시간 경과로 인한 상기 동력 전달 시스템의 부품들의 마모에 대응하여 팽팽해지도록 설계된 톱니가 부착된 장치이다. 상기 래칫(155)의 톱니는 오직 한 방향으로만 인덱스(index)하며, 복귀 기능을 제공하지 않는다. 시간이 지남에 따라 상기 체인 구동 시스템 부품들이 마모함에 따라, 체인 장력에서의 갑작스럽고 심한 스파이크들(spikes) 또는 서지들(surges)은 적어도 하나의 톱니의 바람직하지 못한 인덱싱(indexing)을 초래할 수 있다. 상기 래칫이 종전의 위치로 돌아갈 수 없기 때문에, 이는 정상적인 동작 상태들이 회복될 때에 상기 체인의 바람직하지 못한 과도한 장력을 초래할 수 있다.