DE102008058929A1

DE102008058929A1 - Steuerkettenantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008058929A1
Application number: DE102008058929A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Nakano; Kouhei Kunimatsu; Hiroshi Hashimoto
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2009-06-04
Also published as: CN101446213A; JP2009133399A; US20090143177A1

Abstract

Bei einer Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) ist eine schwenkbare Kettenführung (110) auf der Spannseite der Kette (CH) angeordnet und ist ein synchronisierendes Kettenrad (120) in die Kettenführung (110) integriert und durch die Kette (CH) angetrieben. Das synchronisierende Kettenrad (120) dreht einen Nocken, der eine Hin- und Herbewegung der Kettenführung (110) bewirkt, um zyklische Veränderungen der Kettenspannung zu kompensieren, die aus der Betätigung von Ansaug- und Auspuffventilen resultieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Steuerkettenantriebsvorrichtung zur Kraftübertragung von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu einer oder zu mehreren Nockenwellen zum Betätigen von Ansaug- und Auspuffventilen. Die Erfindung betrifft genauer gesagt Verbesserungen an einem Führungsmechanismus zur Steuerung der Spannung in einer Steuerkette.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung 2007-309909 , die am 30. November 2007 eingereicht worden ist. Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung 2007-309909 wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie in 13 gezeigt, überträgt eine Steuerkettenantriebsvorrichtung 500 bei einem Verbrennungsmotor mit doppelter obenliegender Nockenwelle (DOHC) Kraft mittels einer Kette CH von einem Antriebskettenrad 550 zu Abtriebskettenrädern 560 und 570. Eine schwenkbare Schlaffseitenführung 540, die sich in Gleitkontakt mit einem Teil der Kette CH befindet, der von dem Antriebskettenrad 550 zu dem Abtriebskettenrad 560 verläuft, wirkt mit einer Spanneinrichtung T zusammen, um die Kette CH mit einer geeigneten Spannung zu beaufschlagen. Eine Spannseitenkettenführung 510 befindet sich in Gleitkontakt mit einem Abschnitt der Kette CH, der von dem Abtriebskettenrad 570 zu dem Antriebskettenrad 550 verläuft, um Vibrationen und eine seitliche Bewegung der Kette CH zu verhindern. Die Kettenführung 510 steuert die Länge der Spannweite der Kette CH, die sich von dem Punkt, an dem sich die Kette CH von dem Abtriebskettenrad 570 löst, bis zu dem Punkt erstreckt, an dem die Kette CH mit dem Antriebskettenrad 550 eingreift.
Die Schlaffseitenführung 540 ist schwenkbar an einem Schwenkschaft P befestigt, der ein Montagebolzen, ein Montagestift oder dergleichen sein kann und an einer Wandung des Motors E befestigt ist und sich von der Wandung weg erstreckt. Die Spanneinrichtung T spannt einen Schuh auf der schwenkbaren Schlaffseitenkettenführung 540 gegen die Kette CH. Andererseits ist die Spannseitenkettenführung 510 mittels Befestigungsbolzen Q oder anderen geeigneten Befestigungseinrichtungen unbeweglich an dem Motor E befestigt.
Weitere Details der typischen Steuerkettenantriebsvorrichtung der oben beschriebenen Art können in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-214504 gefunden werden.
Bei der herkömmlichen Steuerkettenantriebsvorrichtung verändert sich das auf die Nockenwellen ausgeübte Belastungsmoment zyklisch in Synchronisation mit der Drehung der Nockenwellen und der Kurbelwelle. Diese zyklischen Veränderungen des Belastungsmoments in der Nockenwelle resultiert in entsprechende zyklische Veränderungen der Spannung auf der Spannseite der Kette CH, d. h., in der Spannweite der Kette CH, die von dem Abtriebskettenrad 570 zu dem Antriebskettenrad 550 verläuft. Die zyklischen Veränderungen im Belastungsmoment und in der Kettenspannung hängen von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Diese zyklischen Veränderungen im Belastungsmoment und in der Kettenspannung werden als Folge von Kräften erzeugt, die zum Öffnen der Ansaug- und Auspuffventile erforderlich sind. Im Fall eines Reihenvierzylindermotors tritt daher bei jeder Drehung einer Nockenwelle eine Vier-Zyklen-Veränderung in der Spannung auf. Bei einem Reihensechszylindermotor tritt bei jeder Drehung einer Nockenwelle eine Sechs-Zyklen-Veränderung in der Spannung auf.
Die Kette muss eine Zugfestigkeit aufweisen, die in der Lage ist, dem Spitzenwert der sich verändernden Kettenspannung zu widerstehen. Folglich sind herkömmliche Steuerketten übermäßig schwer, ist das Gesamtgewicht der Antriebsvorrichtung hoch und wird übermäßiges Geräusch erzeugt. Daher ist die herkömmliche Steuerkettenantriebsvorrichtung nicht für eine Anpassung an Forderungen nach Größenreduktion, Gewichtsreduktion und Geräuschreduktion in einem Verbrennungsmotor geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerkettenantriebsvorrichtung bereitzustellen, bei der die Steuerkette kleiner und leichter als eine herkömmliche Steuerkette sein kann und bei der ein ruhigerer Betrieb erreicht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die voranstehende Aufgabe wird durch eine Steuerkettenantriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach umfasst die erfindungsgemäße Steuerkettenantriebsvorrichtung ein Antriebskettenrad auf einer Kurbelwelle eines Motors, ein Abtriebskettenrad auf einer Nockenwelle zum Betätigen von Ansaug- und Auspuffventilen des Motors und eine Kette, die die Kettenräder zum Antrieb miteinander verbindet, wobei die Kette der Antriebsvorrichtung eine Schlaffseite, die von dem Antriebskettenrad zu dem Abtriebskettenrad verläuft, und eine Spannseite aufweist, die von dem Abtriebskettenrad zu dem Antriebskettenrad verläuft, wobei der Betrieb der Ansaug- und Auspuffventile in dem Motor ein zyklisches Zunehmen und Abnehmen der Spannung auf der Spannseite der Kette verursacht, wobei die Steuerkettenantriebsvorrichtung des Weiteren eine erste Kettenführung in Kontakt mit der Schlaffseite und eine Spanneinrichtung, die die erste Kettenführung gegen die Schlaffseite der Kette drückt, und eine zweite Kettenführung in Kontakt mit der Spannseite der Kette aufweist, wobei die zweite Kettenführung für eine Bewegung in eine Spannrichtung, um die Spannseite der Kette zu spannen, und in eine entgegengesetzte Lockerungsrichtung angeordnet ist, um die Spannseite der Kette zu lockern, und ein synchronisierendes Kettenrad aufweist, das drehbar an der zweiten Kettenführung angeordnet ist, wobei das synchronisierende Kettenrad mit der Kette in Eingriff ist und durch die Kette drehbar ist, wenn sich die Kette in Kontakt mit der zweiten Kettenführung zu dem Antriebskettenrad hin bewegt, ein Nockeneingriffselement und einen Nocken aufweist, der durch das synchronisierende Kettenrad angetrieben wird und in Kontakt mit dem Nockeneingriffselement ist, um die zweite Kettenführung abwechselnd in die Spann- und Lockerungsrichtungen zu bewegen, wobei das synchronisierende Kettenrad mittels der Kette mit einer derartigen Geschwindigkeit drehbar ist, dass die Bewegungen der zweiten Kettenfüh rung in der Lockerungsrichtung bei einer Frequenz auftreten, die der Frequenz des zyklischen Zunehmens der Spannung in der Kette gleich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Steuerkettenantriebsvorrichtung ist insbesondere der Einfluss von Veränderungen der Spannung, die einem Wechsel des Belastungsmoments entsprechen, das vom Betrieb der Ansaug- und Auspuffventile herrührt, vermindert.
Der Nocken ist vorzugsweise ein exzentrischer, zylindrischer Vorsprung, der an dem synchronisierenden Kettenrad ausgebildet ist.
Die zweite Kettenführung ist vorzugsweise um eine Schwenkachse schwenkbar und das synchronisierende Kettenrad ist vorzugsweise zur Drehung um eine parallel zu und entfernt von der Schwenkachse angeordnete Achse drehbar an der zweiten Kettenführung befestigt.
Die Anzahl der Zähne des synchronisierenden Kettenrads kann derart vorgegeben sein, dass sich das synchronisierende Kettenrad während jeweils zweier Zyklen des Zunehmens und Abnehmens der Spannung auf der Spannseite der Kette einmal vollständig dreht. In diesem Fall ist der Nocken vorzugsweise ein oval geformter Nocken, der zwei Höcker aufweist.
Wenn die Kette eine Rollenkette ist, sind die Zahnformen des synchronisierenden Kettenrads vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich im Vergleich mit dem Stoß der Rollen mit einer Standardkettenradzahnform ein verminderter Stoß mit den Rollen der Kette ergibt. Vorzugsweise fluchtet das synchronisierende Kettenrad mit einem Teil einer Oberfläche der zweiten Kettenführung, die mit der Kette in Eingriff ist, weist das Kettenrad Zähne auf, die durch Zahnlücken voneinander separiert sind, und sind die Zahnlücken ausreichend tief, dass Grundabschnitte der Zahnlücken zu allen Zeiten während des Eingriffs der Rollen mit dem synchronisierenden Kettenrad von den Rollen der Kette beabstandet sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Kette Kettenlaschen auf und befindet sich das synchronisierende Kettenrad in einem Antriebseingriff mit den Kettenlaschen der Kette.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel weist die Kette Kettenlaschen entlang ihren beiden Seiten und Kettenradeingriffselemente auf, die. von den Kettenlaschen seitlich abstehen, und ist das synchronisierende Kettenrad mit den seitlich abstehenden Kettenradeingriffselementen in Eingriff bringbar.
Zumindest in demjenigen Fall, in dem das synchronisierende Kettenrad mit den Rollen einer Rollenkette oder den Kettenlaschen entlang beiden Seiten der Kette eingreift, ist das synchronisierende Kettenrad vorzugsweise drehbar in einer Ausnehmung oder in einem Schlitz angeordnet, die oder der in der zweiten Kettenführung ausgebildet ist.
Die Phasenbeziehung zwischen der unkompensierten, sich zyklisch verändernden Spannung in der Kette und der Position der Kettenführung, die mittels des Betriebs des synchronisierenden Kettenrads hin- und herbewegt wird, kann im Hinblick auf eine optimale Vergleichmäßigung der Kettenspannung ausgewählt werden. Vorzugsweise koinzidiert die maximale Geschwindigkeit der Kettenführung bei ihrer Bewegung in der Richtung, in der sich die Spannung vermindert, in etwa mit den Spitzenwerten der unkompensierten Kettenspannung. In gleicher Weise koinzidiert die maximale Geschwindigkeit der Kettenführung bei ihrer Bewegung in derjenigen Richtung, in der die Spannung erhöht wird, in etwa mit den Minimalwerten der unkompensierten Kettenspannung.
Der Betrieb des synchronisierenden Kettenrads in Verbindung mit der Spannseitenkettenführung vermindert den Spitzenwert der Spannung auf der Spannseite der Kette, wodurch ermöglicht wird, eine kleinere und leichtere Kette zu verwenden und gleichzeitig eine Verminderung der Geräusche zu realisieren, die durch zyklische Veränderungen der Spannung verursacht werden.
Die Realisierung einer schwenkbaren Führung auf der Spannseite der Kette und die Hinzufügung eines synchronisierenden Kettenrads zu der Führung ist konstruktiv einfach und hat einen Führungsaufbau zur Folge, der hinsichtlich des Gewichts mit demjenigen einer herkömmlichen Spannseitenführung vergleichbar ist. Da die Kettenspannungsspitzenwerte vermieden werden, kann eine kleinere und leichtere Kette verwendet werden und können die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht der Steuerkettenantriebsvorrichtung vermindert werden.
Wenn der Nocken die Form eines ovalen Vorsprungs mit zwei Höckern aufweist, kann die Anzahl von Zähnen des synchronisierenden Kettenrads erhöht werden und kann seine Rotationsgeschwindigkeit um die Hälfte vermindert werden. Selbst in dem Fall eines Mehrzylindermotors mit einer relativ großen Anzahl von Ansaug- und Auspuffventilen sind bei dieser Nockenkonfiguration die zyklischen Veränderungen der Kettenspannung kurz und können diese wirksam und zuverlässig gesteuert werden.
Durch die Ausbildung eines speziellen Zahnaufbaus des synchronisierenden Kettenrads, vorzugsweise eines Aufbaus, bei dem die Rollen einer Rollenkette die Zahnlückengründe nicht berühren, kann ein gleichmäßigerer Eingriff zwischen dem synchronisierenden Kettenrad und der Kette erreicht werden, können Geräusche und Schwingungen vermindert werden und kann das Auftreten eines Bruchs der Rollen vermindert werden.
Wenn das synchronisierende Kettenrad mit den Kettenlaschen der Kette anstatt mit den Rollen eingreift, können der Verschleiß und das Brechen der Rollen vermindert werden und können Geräusche und Schwingungen aufgrund von Veränderungen der Spannung reduziert werden, ohne dass die Lebensdauer der Rollen verkürzt wird.
Wenn das synchronisierende Kettenrad mit seitlichen Vorsprüngen der Kette eingreift, kann die Steuerkette das synchronisierende Kettenrad ohne irgendeinen Kontakt zwischen dem Kettenrad und den Rollen oder Kettenlaschen der Kette antreiben. Daher kann das Auftreten von Verschleiß und Bruch der Rollen und Kettenlaschen reduziert werden und können Geräusche und Schwingungen, die aufgrund der Veränderungen der Spannung erzeugt werden, ohne ein Verkürzen der Lebensdauer der Kette vermindert werden.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
1 ist eine schematische Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerkettenantriebsvorrichtung,
2 ist eine perspektivische Ansicht der Spannseitenkettenführung des Ausführungsbeispiels,
3 ist eine vergrößerte Durchsicht eines Teils der in 2 gezeigten Spannseitenkettenführung,
4 ist eine geschnittene Darstellung eines Teils der in 2 gezeigten Spannseitenkettenführung,
5 ist eine schematische Darstellung, die vier aufeinanderfolgende Stufen der Rotation eines synchronisierenden Kettenrads gemäß der Erfindung zeigt,
6 ist eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen synchronisierenden Kettenrads,
7 ist eine schematische Darstellung, die die Form eines Zahnlückengrunds bei einem erfindungsgemäßen synchronisierenden Kettenrad zeigt,
8 ist eine schematische Darstellung, die die Form eines Zahnkopfs eines erfindungsgemäßen synchronisierenden Kettenrads zeigt,
9 ist eine schematische Darstellung, die eine asymmetrische Zahnform eines erfindungsgemäßen synchronisierenden Kettenrads zeigt,
10 ist eine schematische Darstellung, die ein erfindungsgemäßes synchronisierendes Kettenrad im Eingriff mit einer Kettenlasche zeigt,
11 ist eine schematische Darstellung, die ein erfindungsgemäßes synchronisierendes Kettenrad im Eingriff mit einem abstehenden Element an einer Kette zeigt,
12 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen den zyklischen Veränderungen der Spannung in einer Kette und dem Rotationszyklus eines erfindungsgemäßen synchronisierenden Kettenrads zeigt, und
13 ist eine schematische Vorderansicht einer herkömmlichen Steuerkettenantriebsvorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erfindungsgemäß ist die Spannseite einer Motorsteuerkette zum Antreiben eines synchronisierenden Kettenrads ausgebildet, das wiederum einen Kontakt einer bewegbaren Kettenführung mit der Spannseite der Kette bewirkt, um eine Bewegung der Kettenführung in Spann- und Lockerungsrichtungen synchron mit dem zyklischen Zunehmen und Abnehmen der Spannung zu ermöglichen, das aufgrund des Betriebs der Ansaug- und Auspuffventile des Motors auftritt. Diese Bewegungen der Kettenführung vermindern den Einfluss von Veränderungen der Kettenspannung und ermöglichen die Verwendung einer Kette, die eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht als eine herkömmliche Steuerkette aufweist, die für eine entsprechende Belastungsintensität ausgebildet ist. Die Verwendung des synchronisierenden Kettenrads erhöht die Ruhe des Steuerantriebs. Die Vorteile der Erfindung können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen realisiert werden, wie dies unten beschrieben wird.
Der erfindungsgemäße Steuerantrieb umfasst üblicherweise eine bewegbare Führung, die in einem Gleiteingriff mit der Schlaffseite der Kette ist und mit einer hydraulischen Spanneinrichtung oder einer anderen geeigneten Spannungssteuereinrichtung zusammenwirkt.
Die Kettenführungen auf der Spannseite und auf der Schlaffseite weisen vorzugsweise Ketteneingriffsoberflächen auf, die vorzugsweise aus hochfesten leichtgewichtigen Materialien zusammengesetzt sind, die einen geringen Reibungswiderstand bezüglich der Kette zeigen. Beispielsweise können die Führungen vollständig aus Kunstharzen wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (Teflon) oder dergleichen zusammengesetzt sein oder aus einer Basis, die aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Metall hergestellt ist, mit einem Schuh aus einem reibungsarmen Kunstharz zusammengesetzt sein, der an der Basis befestigt und zum Gleitkontakt mit der Kette angeordnet ist.
Das synchronisierende Kettenrad, dass an derjenigen Führung angeordnet ist, die in Gleitkontakt mit der Spannseite der Kette ist, ist mit einem Nocken versehen, der mit einem Nockeneingriffselement zusammenwirkt, um eine Hin- und Herbewegung der Führung zu bewirken. Das Nockeneingriffselement kann ein mit dem Nocken in Gleitkontakt befindliches fixiertes Element sein. Vorzugsweise ist das Nockeneingriffselement jedoch eine Rolle, die sich um einen Schaft dreht, der an dem Motorblock befestigt ist.
Das synchronisierende Kettenrad der Erfindung ist vorzugsweise mit speziellen Zahnformen ausgebildet, um den Stoß mit den Kettenrollen zu reduzieren. Beispielsweise kann die Zahnform des Kettenrads derart sein, dass die Zahnlückengründe tiefer sind als diejenigen eines herkömmlichen oder Standardkettenrads. Alternativ hierzu können die Zahnköpfe niedriger sein als die Zahnköpfe von Standardkettenrädern oder es können asymmetrische Kettenradzahnformen realisiert werden. Zusätzlich können Kombinationen dieser Zahnformvariationen verwendet werden.
Bei der in 1 gezeigten Kettenantriebsvorrichtung 100 ist eine endlose Kette CH mit einem Antriebskettenrad 150 auf der Kurbelwelle 151 eines Motors und mit Abtriebskettenrädern 160 und 170 auf Nockenwellen 161 bzw. 171 in Eingriff. Die Kette überträgt Kraft von der Motorkurbelwelle 151 auf die Nockenwellen 161 und 171, die zum Betreiben von Ansaug- und Auspuffventilen angeordnet sind.
Eine Spanneinrichtung T wirkt mit einer schwenkbaren Schlaffseitenkettenführung 140 zusammen, die in gleitendem Eingriff mit einem Teil der Kette CH ist, der von dem Kurbelwellenkettenrad 150 zu dem Nockenwellenkettenrad 160 verläuft. Die Schlaffseitenkettenführung 140 umfasst eine Schuhfläche 141, die in Gleitkontakt mit der Kette CH ist, und es werden zum Einen der Laufweg der Kette CH begrenzt und zum Anderen eine geeignete Spannung in der Kette CH aufrechterhalten. Die Kettenführung 140 ist auf einem Schaft 142 schwenkbar gelagert, der ein Bolzen, ein Montagestift oder dergleichen sein kann. Der Schaft 142 erstreckt sich in einen Durchgang in einem Vorsprung 143, der an einem Ende der Führung an einer Stelle ausgebildet ist, die von dem Abschnitt der Führung, der von dem Kolben der Spanneinrichtung T berührt wird, beabstandet ist.
Eine Spannseitenkettenführung 110 ist in gleitendem Eingriff mit der Spannseite der Kette CH, d. h. mit dem Abschnitt der Kette CH, der von dem Nockenwellenkettenrad 170 zu dem Kurbelwellenkettenrad 150 verläuft. Das Drehmoment der Kurbelwelle 151 verursacht eine Spannung auf diese Kettenseite und die Spannung übt eine Kraft auf die Führung 110 aus, die ein Verschwenken der Führung 110 um einen fixierten Schaft 112 in eine Richtung verursacht, die im Wesentlichen senkrecht zu der Laufrichtung des Abschnitts der Kette verläuft, der sich von dem Kettenrad 170 zu dem Kettenrad 150 erstreckt. Diese Spannseitenkettenführung 110 umfasst eine die Kette berührende Schuhfläche 111, die in Gleitkontakt mit der Kette CH ist. Die Führung 110 begrenzt den Laufweg und steuert die Spannung der Spannseite der Kette CH. Der Schaft 112, der ein Bolzen, ein Stift oder dgl. sein kann, erstreckt sich in einen Durchgang in einem Schwenkvorsprung 113, der an einem Ende der Führung 110 ausgebildet ist.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist ein synchronisierendes Kettenrad 120 drehbar in einem Schlitz oder in einer Ausnehmung 114 angeordnet, der oder die in dem Führungskörper an einer von dem Schwenkvorsprung 113 entfernten Stelle ausgebildet ist. Die Zähne des synchronisierenden Kettenrads 120 ragen aus der Ausnehmung 114 heraus und fluchten mit der Schuhfläche 111, so dass sie mit einer Kette kämmen können, die entlang der Führung läuft. Wenn das synchronisierende Kettenrad 120 durch die Kette gedreht wird, wirkt ein Nocken 122 an dem Kettenrad 120 mit einem Nockeneingriffselement zusammen, um eine Schwenkbewegung der Führung 110 zu bewirken, so dass sich deren die Kette berührende Schuhfläche 111 in Richtungen hin- und herbewegt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Laufrichtung der Kette CH entlang der Führung 110 verlaufen.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist das synchronisierende Kettenrad 120 um einen Schaft 121 drehbar, der in der Führung 110 gehalten ist und sich quer durch die Ausnehmung 114 erstreckt. Das synchronisierende Kettenrad 120 weist einen zylindrischen Vorsprung 122 auf, der bezüglich der Drehachse des Kettenrads 120 auf dem Schaft 121 exzentrisch angeordnet ist. Der Vorsprung 122 wirkt daher wie ein Nocken, um eine Hin- und Herbewegung der Führung 110 um deren Schwenkschaft 112 zu bewirken. Die Oberfläche, mit der der Nocken zusammenwirkt, ist vorzugsweise die kreisförmige zylindrische Umfangsfläche 131 einer Rolle 130, die drehbar um eine feste Achse angeordnet ist, die parallel zu der Drehachse des synchronisierenden Kettenrads 120 und seines Vorsprungs 122 angeordnet ist. Da die Rolle 130 drehbar ist, befindet sich der Vorsprung 122 in Rollkontakt mit der Rolle 130 und ist die Reibung vermindert.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, ragen die Zähne 123 des synchronisierenden Kettenrads 120 über die Schuhfläche 111 der Spannseitenkettenführung 110 hinaus. Die Kette CH, die entlang der Schuhfläche 111 läuft, kämmt mit den vorstehenden Zähnen 123 des Kettenrads 120, wodurch eine Drehung des Kettenrads 120 verursacht wird. Die Zahnformen der Kettenradzähne 123 sind vorzugsweise derart gestaltet, dass die Zahnlückengründe 124 nicht gegen die Rollen R der Kette CH stoßen. Da die Zahnlückengründe 124 nicht gegen die Rollen R stoßen, kann die Kette CH auf der Schuhfläche 111 der Führung 110 gleichmäßig gleiten, ohne wiederholt von der Schuhfläche 111 angehoben zu werden, wenn sich das Kettenrad 120 dreht. Das Vermeiden des Stoßkontakts der Rollen R mit den Zahnlückengründen 124 reduziert ebenfalls den Verschleiß und das Brechen der Rollen R der Kette CH.
Wie in den 5(a) bis 5(d) gezeigt, dreht sich der zylindrische Vorsprung 122, der relativ zu dem synchronisierenden Kettenrad 120 exzentrisch ist, mit dem synchronisierenden Kettenrad 120, während er in Rollkontakt mit der Umfangsfläche 131 der Rolle 130 ist. Da der Vorsprung 122 bezüglich der Drehachse des synchronisierenden Kettenrads 120 exzentrisch ist, wird eine Hin- und Herbewegung auf die Führung 110 ausgeübt und verändert sich der Abstand zwischen ihrer Schuhfläche 111 und der Rollenumfangsfläche 131 innerhalb einer Reichweite zyklisch, die dem Doppelten der Exzentrizität des Vorsprungs 122 gleich ist. Im Ergebnis schwenkt die Spannseitenkettenführung 110 in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Laufrichtung des Abschnitts der Kette CH verläuft, der in Gleitkontakt mit der Schuhfläche 111 ist.
Die Anzahl an Zähnen 123 des synchronisierenden Kettenrads 120 ist derart gewählt, dass die Drehung des synchronisierenden Kettenrads 120 und seines Vorsprungs 122 mit zyklischen Veränderungen der Spannung auf der Spannseite der Kette CH synchronisiert ist, die von Veränderungen des Drehmoments in der Nockenwelle 171 (1) herrühren, die von variierenden Belastungen verursacht werden, die auf die Nockenwelle 171 durch die Ansaug- und Auspuffventile ausgeübt werden, die die Nockenwelle 171 betätigt. Der Betrieb des synchronisierenden Kettenrads 120, seines Vorsprungs 122 und der hiermit zusammenwirkenden Rolle 130 verursacht ein Hin- und Herschwenken der Spannseitenkettenführung 110 und kompensiert hierdurch diese zyklischen Variationen der Kettenspannung.
Die Exzentrizität des Vorsprungs 122 und die Phasenbeziehung zwischen der Bewegung der Führung 110 und den Spannungsvariationen in der Kette CH aufgrund des Ventilbetriebs sollten in Abhängigkeit von dem Veränderungsverhalten der Kettenspannung, der Umlaufgeschwindigkeit der Kette CH, der Steifigkeit und Länge der Kette CH und der Montageposition des synchronisierenden Kettenrads 120 ausgewählt werden, um eine optimale Absorption der zyklischen Veränderungen der Kettenspannung zu erreichen.
Die zyklischen Veränderungen der Kettenspannung und die Schwenkbewegung der Kettenführung 110 sind Sinuskurven angenähert. Die anfängliche Drehposition des synchronisierenden Kettenrads 120, wenn es zum ersten Mal mit der Kette CH während des Zusammenbaus des Steuerantriebs in kämmenden Eingriff gelangt, wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass die Phasenbeziehung zwischen diesen Kurven etwa wie in 12 gezeigt ist. Wie in 12 gezeigt, ist die Geschwindigkeit, bei der die Kettenführung in der Spannrichtung gegen die Kette vorrückt (d. h., die Steigung der Kettenpositionskurve), etwa zu den Zeitpunkten maximal, zu denen die Spannung in der Kette ein Minimum erreicht. Die maximale Ausrückgeschwindigkeit der Führung und die minimale Kettenspannung treten zu Zeiten a in 12 auf. In gleicher Weise erreicht die Geschwindigkeit, mit der die Kettenführung in die Lockerungsrichtung einrückt, etwa zu denjenigen Zeiten ein Maximum, zu denen die Kettenspannung ein Maximum erreicht. Die maximale Rückzugsgeschwindigkeit der Führung und die maximale Kettenspannung treten zu Zeiten c auf. Wenn die Phase der Kettenführungsposition der Phase der Spannung in der Kette um etwa 90° vorauseilt, wie dies in 12 gezeigt ist, können Spannungsveränderungen wirksam absorbiert werden.
Wenn der Zyklus der Veränderungen der Kettenspannung wie beispielsweise in dem Fall eines 6-Zylinder-Motors kurz ist, kann die Anzahl von Zähnen des synchronisierenden Kettenrads 120 reduziert werden, um eine höhere Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen, so dass der Schwenkzyklus der Kettenführung 110 entsprechend kurz ist. Wie in 6 gezeigt, besteht jedoch eine alternative Lösung darin, einen oval geformten Vorsprung 126 bereitzustellen, der koaxial zu dem synchronisierenden Kettenrad 120 angeordnet sein kann. Dieser ovale Vorsprung 126 dient im Wesentlichen als ein Nocken mit zwei Höckern, der zusammenwirkend mit der Rolle 130 oder mit einer anderen geeigneten Kontaktfläche ein Schwenken der Führung 110 durch zwei Zyklen verursacht, während das synchronisierende Kettenrad 120 eine Drehung vollzieht. Daher muss die Anzahl von Zähnen des synchronisierenden Kettenrads 120 nicht vermindert werden und muss seine Rotationsgeschwindigkeit nicht erhöht werden.
Obgleich der kreisförmige Vorsprung 122 oder der ovale Vorsprung 126 für die meisten Anwendungen ausreichend ist, ist es möglich, Nocken mit anderen Konfigurationen zu verwenden, wie beispielsweise Nocken mit asymmetrischen Formen oder Nocken mit drei oder mehreren Höckern, so dass die Führung bei jeder Drehung des synchronisierenden Kettenrads drei oder mehr Zyklen der Hin- und Herbewegung ausführt.
Wie in 7 gezeigt, kann das synchronisierende Kettenrad 120 eine derartige Zahnform aufweisen, dass seine Zahnlückengründe 124 tiefer ausgeformt sind als die Zahnlückengründe 124S einer Standardzahnform, wie sie durch die unterbrochene Linie gezeigt ist. Das heißt, das Kettenrad kann mit sogenannten „Minus"-Zahnlückengründen ausgebildet sein. Diese Kettenradzahnform vermindert Geräusche und Schwingungen, da die Kettenrollen R nicht mit den Zahnlückengründen 124 in Kontakt gelangen. Die Kette kann gleichmäßig auf der Schuhfläche der Führung gleiten, da sie nicht aufgrund des Kontakts zwischen ihren Rollen und den Zahnlückengründen des Kettenrads von der Führung angehoben wird. Zusätzlich vermindert diese Konfiguration ebenfalls den Verschleiß und das Brechen der Kettenrollen.
Bei einer wie in 8 gezeigten weiteren Zahnform sind die Zahnköpfe 125 des synchronisierenden Kettenrads 120 niedriger als die Zahnköpfe 125S einer Standardzahnform, wie sie durch die unterbrochenen Linien gezeigt ist. Das heißt, das Kettenrad 120 kann mit sogenannten „Minus-Durchmesser"-Zahnköpfen ausgebildet werden. Diese Form vermindert Geräusche und Schwingungen durch die Reduzierung des maximalen Abstands, um den die Zähne des synchronisierenden Kettenrads über die die Kette berührende Schuhfläche der Kettenführung vorstehen. Mit dieser Konfiguration können die Kettenrollen R gleichmäßig mit dem synchronisierenden Kettenrad eingreifen und sich gleichmäßig von diesem lösen und kann gleichzeitig der Verschleiß und das Brechen der Kettenrollen vermindert werden.
Wie in 9 gezeigt, sind bei einer weiteren Zahnform die Kurven, die sich von den Zahnlückengründen 124 bis zu den Zahnköpfen 125 erstrecken, asymmetrisch, wobei sie auf den Vorderseiten und Rückseiten des Zahns 123 unterschiedlich sind. Im Gegensatz hierzu ist der Standardzahnabschnitt 123S, der symmetrisch ist, durch eine unterbrochene Linie gezeigt. Diese asymmetrische Zahnform vermindert ebenfalls Geräusche und Schwingungen, indem ein gleichmäßiger Eingriff und ein gleichmäßiges Lösen der Kettenrollen R verstärkt wird, und vermindert gleichzeitig den Verschleiß und das Brechen der Rollen.
Da eine durch die Spannung in der Kette CH erzeugte Kraft auf die Schuhfläche der Spannseitenkettenführung ausgeübt wird, absorbiert bei der Steuerkettenantriebsvorrichtung der Erfindung das synchronisierende Kettenrad 120 keine Kettenspannung und wird lediglich durch die Kette angetrieben, ohne den Laufweg der Kette zu beeinflussen. Daher wird ein hohes Maß an Flexibilität bei der Wahl der oben erwähnten speziellen Zahnformen gewährt. Darüber hinaus können verschiedene Kombinationen der oben erwähnten Zahnformen und andere Zahnformen ausgewählt werden, um Stöße und Stoßwirkungen zu minimieren, Geräusche und Schwingungen zu reduzieren und Verschleiß und Brüche zu minimieren.
Um Vorteile der Erfindung zu realisieren, ist es nicht wesentlich, dass das synchronisierende Kettenrad mit Rollen der Steuerkette kämmt. Wie in 10 gezeigt, kann das synchronisierende Kettenrad 120 beispielsweise Zähne 123 aufweisen, die mit den Kettenlaschen L der Kette CH derart eingreifen, dass das Kettenrad durch die Kettenlaschen L anstatt durch die Kettenrollen angetrieben wird. In diesem Fall liegt kein Kontakt zwischen dem synchronisierenden Kettenrad und den Kettenrollen vor und ergibt sich folglich weder eine Verminderung der Lebensdauer der Rollen R noch eine Möglichkeit des Verschleißes oder des Brechens der Kettenrollen, der oder das sich aus einem Kontakt mit dem synchronisierenden Kettenrad ergibt.
Ein weiteres Beispiel eines Falls, bei dem die Kettenrollen nicht mit dem synchronisierenden Kettenrad 120 eingreifen, ist in 11 gezeigt. Bei diesem Beispiel greift das synchronisierende Kettenrad 120 mit Vorsprüngen K ein, die sich seitlich von den Kettenlaschen L auf einer Seite der Kette CH wegerstrecken. Wie in dem Beispiel der 10 liegt auch hier kein Kontakt zwischen dem synchronisierenden Kettenrad 120 und den Kettenrollen vor und ergeben sich folglich weder eine Verminderung der Lebensdauer der Rollen R noch die Möglichkeit des Verschleißes oder des Brechens der Kettenrollen R, der oder das durch einen Kontakt mit dem synchronisierenden Kettenrad entsteht. Darüber hinaus gewährt die Verwendung seitlicher Vorsprünge K ein hohes Maß an Flexibilität bei der Wahl der Formen der Kettenradzähne 123 und der Vorsprünge K, um eine optimale Verminderung der Geräusche und Schwingungen zu erreichen.

100: Kettenantriebsvorrichtung
110: Spannseitenkettenführung
111: Schuhfläche
112: Schaft
113: Schwenkvorsprung
114: Ausnehmung
120: synchronisierendes Kettenrad
121: Schaft
122: Nocken, Vorsprung
123: Zähne
123S: Standardzahnabschnitt
124: Zahnlückengrund
124S: Zahnlückengrund
125: Zahnkopf
125S: Zahnkopf
126: ovaler Vorsprung
130: Rolle
131: zylindrische Umfangsfläche
140: Schlaffseitenkettenführung
141: Schuhfläche
142: Schaft
143: Vorsprung
150: Antriebskettenrad
151: Kurbelwelle
160: Abtriebskettenrad
161: Nockenwelle
170: Abtriebskettenrad
171: Nockenwelle
500: Steuerkettenantriebsvorrichtung
510: Kettenführung
540: Schlaffseitenführung
550: Antriebskettenrad
560: Abtriebskettenrad
570: Abtriebskettenrad
CH: Kette
E: Motor
K: Vorsprung
L: Kettenlasche
P: Schwenkschaft
Q: Befestigungsbolzen
R: Rolle
T: Spanneinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-309909 [0002, 0002]
- JP 2003-214504 [0005]

Claims

Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) mit einem Antriebskettenrad (150) auf einer Kurbelwelle (151) eines Motors, einem Abtriebskettenrad (160, 170) auf einer Nockenwelle (161, 171) zum Betätigen von Ansaug- und Auspuffventilen des Motors und einer Kette (CH), die die Kettenräder (150, 160, 170) zum Antrieb miteinander verbindet, wobei die Kette (CH) der Antriebsvorrichtung (100) eine Schlaffseite, die von dem Antriebskettenrad (150) zu dem Abtriebskettenrad (160) verläuft, und eine Spannseite aufweist, die von dem Abtriebskettenrad (170) zu dem Antriebskettenrad (150) verläuft, wobei der Betrieb der Ansaug- und Auspuffventile in dem Motor ein zyklisches Zunehmen und Abnehmen der Spannung auf der Spannseite der Kette (CH) verursacht, wobei die Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) des Weiteren eine erste Kettenführung (140) in Kontakt mit der Schlaffseite und eine Spanneinrichtung (T), die die erste Kettenführung (140) gegen die Schlaffseite der Kette (CH) drückt, und eine zweite Kettenführung (110) in Kontakt mit der Spannseite der Kette (CH) aufweist, wobei die zweite Kettenführung (110) für eine Bewegung in eine Spannrichtung, um die Spannseite der Kette (CH) zu spannen, und in eine entgegengesetzte Lockerungsrichtung angeordnet ist, um die Spannseite der Kette (CH) zu lockern, und ein synchronisierendes Kettenrad (120) aufweist, das drehbar an der zweiten Kettenführung (110) angeordnet ist, wobei das synchronisierende Kettenrad (120) mit der Kette (CH) in Eingriff ist und durch die Kette (CH) drehbar ist, wenn sich die Kette (CH) in Kontakt mit der zweiten Kettenführung (110) zu dem Antriebskettenrad (150) hin bewegt, ein Nockeneingriffselement und einen Nocken (122) aufweist, der durch das synchronisierende Kettenrad (120) angetrieben wird und in Kontakt mit dem Nockeneingriffselement ist, um die zweite Kettenführung (110) abwechselnd in die Spann- und Lockerungsrichtungen zu bewegen, wobei das synchronisierende Kettenrad (120) mittels der Kette (CH) mit einer derartigen Geschwindigkeit drehbar ist, dass die Bewegungen der zweiten Kettenführung (110) in der Lockerungsrichtung bei einer Frequenz auftreten, die der Frequenz des zyklischen Zunehmens der Spannung in der Kette (CH) gleich ist.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (122) ein exzentrischer, zylindrischer Vorsprung ist, der an dem synchronisierenden Kettenrad (120) ausgebildet ist.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kettenführung (110) um eine Schwenkachse (112) schwenkbar ist und dass das synchronisierende Kettenrad (120) zur Drehung um eine parallel zu und entfernt von der Schwenkachse (112) angeordnete Achse (121) drehbar an der zweiten Kettenführung (110) befestigt ist.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne (123) des synchronisierenden Kettenrads (120) derart vorgegeben ist, dass sich das synchronisierende Kettenrad (120) während jeweils zweier Zyklen des Zunehmens und Abnehmens der Spannung einmal vollständig dreht, und dass der Nocken (122) ein oval geformter Nocken (126) ist, der zwei Höcker aufweist.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (CH) eine Rollenkette (CH) ist und dass die Zahnformen des synchronisierenden Kettenrads (120) derart ausgebildet sind, dass sich im Vergleich mit dem Stoß der Rollen (R) mit einer Standardkettenradzahnform ein verminderter Stoß mit den Rollen (R) ergibt.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (CH) eine Rollenkette (CH) ist, dass das synchronisierende Kettenrad (120) mit einem Teil einer Oberfläche (111) der zweiten Kettenführung (110) fluchtet, die mit der Kette (CH) in Eingriff ist, dass das Kettenrad (120) Zähne (123) aufweist, die durch Zahnlücken voneinander separiert sind, und dass die Zahnlücken ausreichend tief sind, dass Grundabschnitte (124) der Zahnlücken zu allen Zeiten während des Eingriffs der Rollen (R) mit dem synchronisierenden Kettenrad (120) von den Rollen (R) der Kette (CH) beabstandet sind.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (CH) Kettenlaschen (L) aufweist und dass sich das synchronisierende Kettenrad (120) in einem Antriebseingriff mit den Kettenlaschen (L) der Kette (CH) befindet.
Steuerkettenantriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (CH) Kettenlaschen (L) entlang ihren beiden Seiten und Kettenradeingriffselemente (K) aufweist, die von den Kettenlaschen (L) seitlich abstehen, und dass das synchronisierende Kettenrad (120) mit den Kettenradeingriffselementen (K) in Eingriff bringbar ist.