DE102005023162B4

DE102005023162B4 - Steuerkettentrieb mit zusätzlichem Getriebe

Info

Publication number: DE102005023162B4
Application number: DE102005023162.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Malischew; Thomas Eidenböck; Michael Weikert; Sandra Ketterl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Joh Winklhofer and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Joh Winklhofer Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: DE102005023162A1

Abstract

Steuerkettentrieb (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelwellenkettenrad (2), einem Zwischenwellenkettenrad (3) mit einem ersten und einem zweiten Zahnkranz (8, 9), einem ersten und einem zweiten Nockenwellenrad (4, 5, 5'), einer ersten um das Kurbelwellenkettenrad (2) und den ersten Zahnkranz (8) des Zwischenwellenkettenrades (3) gelegten Kette (6) mit einer ersten Teilung und einer zweiten um den zweiten Zahnkranz (9) des Zwischenwellenkettenrades (3) und das erste Nockenwellenrad (4) gelegten Kette (7) mit einer zweiten Teilung, wobei die zweite Teilung kleiner ist als die erste Teilung und das erste Nockenwellenrad (4) als Kettenrad ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kette (7) nur mit einem ersten Zahnkranz (10) des ersten Nockenwellenrads (4) im Eingriff steht und zwischen dem ersten Nockenwellenrad (4) und dem zweiten Nockenwellenrad (5, 5') ein zusätzliches Getriebe angeordnet ist, und das erste Nockenwellenrad (4) als Bestandteil des zusätzlichen, als Stirnradgetriebe mit Stirnradverzahnung ausgebildeten Getriebes einen Zahnradansatz (11) oder als Bestandteil des zusätzlichen, als Kettentrieb ausgebildeten Getriebes einen Zahnkranzansatz (11') umfasst, der hinter und axial versetzt zu dem ersten Zahnkranz (10) angeordnet ist, wobei das zweite Nockenwellenrad (5) als zu dem Zahnradabsatz (11) passendes Stirnrad ausgestaltet ist und mit diesem in Eingriff steht oder das zweite Nockenwellenrad (5') als Kettenrad ausgestaltet ist und eine weitere Antriebskette (14) verwendet wird, die um den Zahnkranzansatz (11') und das zweite Nockenwellenrad (5') herum gelegt ist, und dass ein Mittenabstand der Mittelpunkte (12, 13) des ersten und zweiten Nockenwellenrades (4, 5, 5') kleiner ist als ein Außendurchmesser des ersten Nockenwellenrades (4).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuerkettentrieb für einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelwellenkettenrad, einem Zwischenwellenkettenrad mit zwei Zahnkränzen, einem ersten und einem zweiten Nockenwellenrad, einer ersten um das Kurbelwellenkettenrad und einen ersten Zahnkranz des Zwischenwellenkettenrads gelegten Kette mit einer ersten Teilung und einer zweiten um den zweiten Zahnkranz des Zwischenkettenrads und ein Nockenwellenrad gelegten Kette mit einer zweiten Teilung, wobei die zweite Teilung kleiner ist als die erste Teilung und das erste Nockenwellenrad als Kettenrad ausgebildet ist.
Ein solcher Steuerkettentrieb ist aus der EP 1 046 790 B1 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion wird das Zwischenwellenkettenrad zum Antreiben einer Hochdruckpumpe eines Lagertank-Einspritzsystems verwendet. Insgesamt muss zwischen dem Kurbelwellenkettenrad und den Nockenwellenkettenrädern ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 1:2 erzielt werden. Durch die Verwendung von zwei Kettentrieben kann dies unter Berücksichtigung der von der Pumpe benötigten Hubzahl aufgeteilt werden. Die Aufteilung ist bei diesem Trieb so gewählt, dass der erste Kettentrieb eine Untersetzung von 5:6 und der zweite Kettentrieb eine Untersetzung von 3:5 aufweist. Die obere um die beiden Nockenwellenkettenräder gelegte Kette weist eine Teilung von 8 mm und die untere Kette eine Teilung von 9,525 mm (3/8") auf. Durch diese Konstruktion können aufgrund der kleineren Kettenteilung im oberen Trieb Bauraumrestriktionen berücksichtigt werden. Darüber hinaus wird aufgrund der unterschiedlichen Kettenteilungen auch die Kettentriebdynamik verbessert und hier durch die Geräusche reduziert. Dieser zweite Vorteil wird zwar auch durch eine Konstruktion, wie sie aus der US 5 058 458 A bekannt ist erzielt. Allerdings können mit dieser zweiten Konstruktion Bauraumrestriktionen im Nockenwellenbereich nicht gelöst werden.
Aus der DE 195 14 786 A1 ist eine Vorrichtung zum diskreten Verstellen der Phasenlage mit zumindest zwei Nockenwellen relativ zu einer Kurbelwelle einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine unter Verwendung einer Zwischenwelle und einer dritten Kette zum Verbinden der Nockenwellen beschrieben. Darüber hinaus zeigt die DE 100 42 041 A1 mehrere Ausführungsformen, wie Nockenwellen mittels eines zusätzlichen Getriebes miteinander gekoppelt werden.
Die bekannten Lösungen stellen zwar bereits eine gute Verbesserung eines Steuerkettentriebs unter Verwendung einer Zwischenwelle dar. Jedoch bestehen auch hier weiterhin Bestrebungen Verbesserungen zu bewirken.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Steuerkettentrieb der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass insbesondere Bauraumrestriktionen besser begegnet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Steuerkettentrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also nur ein einziges Nockenwellenrad mittels des zweiten Kettentriebs direkt angetrieben, während das zweite Nockenwellenrad indirekt über ein weiteres Getriebe angetrieben wird. Hieraus ergibt sich insbesondere bei einspurigen Ketten der Vorteil, dass der Durchmesser des als Kettenrad ausgebildeten ersten Nockenwellenrads keinen nennenswerten Einfluss mehr auf den Abstand der beiden Nockenwellenachsen zueinander hat. Hierdurch lässt sich der Bauraum insbesondere im Nockenwellenbereich nochmals gegenüber dem bekannten Steuerkettentrieb verringern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kettentriebdynamik und die Reduzierung der Geräusche weiter vorangetrieben werden kann. Wird eine Kette, wie im Stand der Technik über beide Nockenwellenkettenräder geführt, so treffen die Rollen der Kette im Wesentlichen gleichzeitig auf beide Kettenräder auf. Aufgrund des zusätzlichen Getriebes kann hier eine andere Frequenz bei der Übertragung erzielt werden. Der Begriff „nur“ in Anspruch 1 soll lediglich das zweite Nockenwellenrad ausschließen und nicht auch andere Bauteile des Kettentriebs (wie z.B. Spann- oder Führungsschienen etc.). Ein besonders kleiner Bauraum wird dadurch eingenommen, weil ein Mittenabstand der Mittelpunkte des ersten und zweiten Nockenwellenrades kleiner ist als ein Außendurchmesser des ersten Nockenwellenrades. Die erforderliche Zähnezahl des ersten Nockenwellenrades und der dadurch vorgegebene Außendurchmesser sind für den Abstand der beiden Nockenwellen nun nicht mehr ausschließlich maßgebend. Diese können viel weiter zusammenrücken als bei der Verwendung von zwei Nockenwellenkettenrädern, die in einer Ebene liegen.
Das zusätzliche Getriebe ist ein Stirnradgetriebe oder ein Kettentrieb. Mittels eines Stirnradgetriebes können relativ große Kräfte bei kleinem Bauraum übertragen werden. Ein Stirnradgetriebe kommt in aller Regel mit kleineren Durchmessern der Zahnräder aus, als dies bei einem vergleichbaren Kettenrad der Fall ist. Darüber hinaus ist die Übertragung hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens unproblematisch. Der Kettentrieb könnte eine dritte Teilung oder die gleiche Teilung wie der erste Kettentrieb aufweisen, um eventuell die Kettentriebdynamik zu verbessern.
Bevorzugt kann das Zwischenwellenkettenrad mit den zwei Zahnkränzen einteilig ausgebildet sein. Der Begriff „Zahnkranz“ soll im vorliegenden Fall nicht zwingend als separates Bauteil verstanden sein. Auch eine einteilige Ausgestaltung mit dem Kettenradgrundkörper fällt hierunter.
Insbesondere die Verwendung des Zwischenwellenkettenrades als Antriebskettenrad für die Antriebskette einer Kraftstoffpumpe stellt eine weitere Variante dar, die zusätzliche Vorteile beinhaltet.
Im Folgenden werden nunmehr Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerkettentriebs,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerkettentriebs,
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerkettentriebs und
4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerkettentriebs.

Der in 1 dargestellte Steuerkettentrieb 1 umfasst ein Kurbelwellenkettenrad 2, ein darüber angeordnetes Zwischenwellenkettenrad 3, ein erstes Nockenwellenrad 4 und ein zweites Nockenwellenrad 5, sowie eine untere Antriebskette 6 und eine obere Antriebskette 7.
Das Zwischenwellenkettenrad 3 umfasst einen ersten Zahnkranz 8 und einen zweiten, davor bzw. dahinter angeordneten Zahnkranz 9. Das Nockenwellenrad 4 ist als Kettenrad mit einem ersten Zahnkranz 10 ausgestaltet. Neben dem ersten Zahnkranz 10 weist das erste Nockenwellenrad 4 auch einen Zahnradansatz 11 mit Stirnradverzahnung auf. Der Zahnradansatz 11 befindet sich hinter dem ersten Zahnkranz 10. Das zweite Nockenwellenrad 5 ist als zu dem Zahnradansatz 11 passendes Stirnrad ausgestaltet und steht mit diesem im Eingriff.
Die untere Antriebskette 6 ist um das Kurbelwellenkettenrad 2 und den ersten Zahnkranz 8 des Zwischenwellenkettenrades 3 herumgelegt. Spann- und Führungsmittel für diesen Kettentrieb sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt. Die obere Antriebskette 7 ist um den zweiten Zahnkranz 9 des Zwischenwellenkettenrades 3 und um den ersten Zahnkranz 10 des ersten Nockenwellenkettenrades 4 herumgelegt. Auch hier sind aus Vereinfachungsgründen Spann- und Führungsmittel nicht dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Kurbelwellenkettenrad 2 eine Zähnezahl von 21 auf, wohingegen der erste Zahnkranz 8 des Zwischenwellenkettenrades 3 eine Zähnezahl von 28 aufweist. Hierdurch entsteht ein Untersetzungsverhältnis von 3:4. Des Weiteren hat die untere Antriebskette 6 eine Teilung von 9,525 mm.
Der zweite Zahnkranz 9 des Zwischenwellenkettenrades 3 weist eine Zähnezahl von 24 und der erste Zahnkranz 10 des ersten Nockenwellenkettenrades 4 weist eine Zähnezahl von 36 auf. Hierdurch ergibt sich eine Untersetzung von 2:3. Die Gesamtuntersetzung des Steuerkettentriebs 1 beträgt demnach 1:2.
Die obere Antriebskette 7 weist eine Teilung von 8 mm auf.
Der Zahnradansatz 11 und das zweite Nockenwellenrad 5 sind mit der gleichen Zähnezahl versehen.
Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Aufgrund der Tatsache, dass die untere Antriebskette 6 und die obere Antriebskette 7 eine unterschiedliche Teilung aufweisen, ergibt sich eine Verbesserung der Kettentriebdynamik und Reduzierung von Geräuschen. Die Auftreffimpulse der Rollen der Kette sind aufgrund der unterschiedlichen Teilung entsprechend unterschiedlich, wodurch sich eine Gesamtstabilisierung des Systems ergibt. Das Zwischenwellenkettenrad 3 treibt die Antriebswelle einer Kraftstoffpumpe an, so dass bei der Auslegung des Kettentriebs auch die Pumpenauslegung eine Rolle spielt. Deutlich ist anhand der 1 zu erkennen, dass aufgrund der Verwendung eines Stirnradgetriebes zur Übertragung des Drehmoments von der einen Nockenwelle auf die andere Nockenwelle die Mittelpunkte 12 und 13 der Nockenwellen sehr nahe aneinander herangeführt werden können. Der Abstand dieser beiden Mittelpunkte 12 und 13 ist deutlich kleiner als der Durchmesser des ersten Nockenwellenkettenrades 4 der durch den ersten Zahnkranz 10 vorgegeben ist. Dies ist insbesondere bei Bauraumrestriktionen von Vorteil. Konstruktionen, bei denen die obere Antriebskette um zwei nebeneinander angeordnete Nockenwellenkettenräder herumgelegt ist, bauen wesentlich breiter.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der 2 bis 4 näher erläutert. Sofern im Folgenden mit gleichen Bezugsziffern auf bau- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente Bezug genommen wird, wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Es wird demnach nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich lediglich von der obigen Ausführungsform dadurch, dass das zweite Nockenwellenrad 5 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich dadurch, dass keine Stirnradverzahnung zum Übertragen des Drehmoments zwischen dem ersten Nockenwellenkettenrad 4 und dem zweiten Nockenwellenrad 5 herangezogen wird, sondern ebenfalls ein Kettentrieb. Demnach ist das zweite Nockenwellenrad 5 ebenfalls als Kettenrad ausgestaltet und es wird eine weitere Antriebskette 14 verwendet, die um den Zahnkranzansatz 11' und das zweite Nockenwellenrad 5' herumgelegt ist. Die Teilung der Kette 14 kann zur oberen Antriebskette 7 gleich ausgestaltet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit hier eine andere Kettenteilung (z.B. die der unteren Antriebskette 8) zu verwenden.
Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich von der aus 3 nur dadurch, dass das zweite Nockenwellenrad 5' wiederum auf der anderen Seite angeordnet ist.
Eine weitere nicht dargestellte Variante sieht vor, dass der untere Kettentrieb mit einer Untersetzung von 1:1 und deshalb einer Zähnezahl für das Kurbelwellenkettenrad von 24 und für den ersten Zahnkranz 8 des Zwischenwellenkettenrades 3 von ebenfalls 24 arbeitet. Dies hat sich vorteilhaft für einige für diesen Zweck besonders geeignete Pumpen herausgestellt. Der zweite Zahnkranz des Zwischenwellenkettenrades 3 weist eine Zähnezahl von 21 und der erste Zahnkranz 10 des ersten Nockenwellenkettenrades 4 eine Zähnezahl von 42 auf. Demnach beträgt hier die Untersetzung 1:2. Diese Variante kann selbstverständlich mit sämtlichen obigen Varianten kombiniert werden.

Claims

Steuerkettentrieb (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelwellenkettenrad (2), einem Zwischenwellenkettenrad (3) mit einem ersten und einem zweiten Zahnkranz (8, 9), einem ersten und einem zweiten Nockenwellenrad (4, 5, 5'), einer ersten um das Kurbelwellenkettenrad (2) und den ersten Zahnkranz (8) des Zwischenwellenkettenrades (3) gelegten Kette (6) mit einer ersten Teilung und einer zweiten um den zweiten Zahnkranz (9) des Zwischenwellenkettenrades (3) und das erste Nockenwellenrad (4) gelegten Kette (7) mit einer zweiten Teilung, wobei die zweite Teilung kleiner ist als die erste Teilung und das erste Nockenwellenrad (4) als Kettenrad ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kette (7) nur mit einem ersten Zahnkranz (10) des ersten Nockenwellenrads (4) im Eingriff steht und zwischen dem ersten Nockenwellenrad (4) und dem zweiten Nockenwellenrad (5, 5') ein zusätzliches Getriebe angeordnet ist, und das erste Nockenwellenrad (4) als Bestandteil des zusätzlichen, als Stirnradgetriebe mit Stirnradverzahnung ausgebildeten Getriebes einen Zahnradansatz (11) oder als Bestandteil des zusätzlichen, als Kettentrieb ausgebildeten Getriebes einen Zahnkranzansatz (11') umfasst, der hinter und axial versetzt zu dem ersten Zahnkranz (10) angeordnet ist, wobei das zweite Nockenwellenrad (5) als zu dem Zahnradabsatz (11) passendes Stirnrad ausgestaltet ist und mit diesem in Eingriff steht oder das zweite Nockenwellenrad (5') als Kettenrad ausgestaltet ist und eine weitere Antriebskette (14) verwendet wird, die um den Zahnkranzansatz (11') und das zweite Nockenwellenrad (5') herum gelegt ist, und dass ein Mittenabstand der Mittelpunkte (12, 13) des ersten und zweiten Nockenwellenrades (4, 5, 5') kleiner ist als ein Außendurchmesser des ersten Nockenwellenrades (4).
Steuerkettentrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenwellenkettenrad (3) mit den zwei Zahnkränzen (8, 9) einteilig ausgebildet ist.
Steuerkettentrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenwellenkettenrad (3) mit einer Antriebswelle einer Kraftstoffpumpe verbunden ist.