DE3924912A1 - Motor mit einer ventilbetaetigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Ventilbetätigungseinrichtung, welche einen Zahnriemen als Zeitsteuerungsriemen verwendet, der sich zwischen der bzw. den Nockenwellen vorgesehen am Zylinderkopf des Motors und der Kurbelwelle spannt, wobei es wünschenswert ist, zu vermeiden, daß der Zahnriemen auf der Zeitsteuer-Riemenscheibe rutscht oder über die Zähne der Zeitsteuer-Riemenscheibe springt.

Bei Brennkraftmaschinen werden für die zeitliche Steuerung der Ventile in jüngster Zeit weithin Zahnriemen verwendet, da sie nicht nur die Trägheitsmasse des Ventilbetätigungssystemes vermindern, sondern auch kostengünstig herstellbar sind. Es ist jedoch auch bekannt, daß dann, wenn eine Lose in dem Zahnriemen auftritt, es passieren kann, daß der Zahnriemen nicht mehr korrekt im Eingriff ist und auf der verzahnten Riemenscheibe rutscht, so daß die zeitliche Steuerung der Ventilbetätigung fehlerhaft wird und die Ansteuerung der Ventile nicht in der richtigen Reihenfolge ausgeführt wird.

Verschiedene verbesserte Zahnriemen-Spanneinrichtungen, die insoweit verwendet worden sind, um die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen, haben sich als unzureichend erwiesen, obwohl als eine vorbeugende, passive Maßnahme bereits ein ausreichend großer Zwischenraum zwischen den Einlaß-/Auslaß-Ventilen und der Kolbenoberseite eingerichtet wurde, so daß diese Teile nicht unter gegenseitiger Beschädigung miteinander in Berührung kommen können, selbst wenn ein Überspringen in der Verzahnung zwischen der verzahnten Riemenscheibe und dem Zahnriemen auftreten sollte.

Bei bestimmten Motoren, wie solchen für Rennwagen, die extrem hohe Leistungen erfordern, ist es jedoch schwierig, einen ausreichenden Zwischenraum zwischen den Einlaß-/Auslaß-Ventilen und der Kolbenoberseite sicherzustellen, da ein hohes Verdichtungsverhältnis erreicht werden muß. Außerdem veranlaßt das hohe Verdichtungsverhältnis die Kurbelwelle, sich zwischen einem Bruchteil einer Umdrehung bis hin zu mehreren Umdrehungen in Gegenrichtung rückwärts zu drehen, wenn der Motor gestoppt wird und, da die Zahnriemen-Spanneinrichtung nicht auf der losen Seite bei einer derartigen Drehrichtungsumkehr wirksam ist, springt der Zahnriemen häufig über die Zähne der Riemenscheibe, so daß die zeitliche Ventilansteuerung nicht mehr in der richtigen Reihenfolge erfolgt.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, unter Überwindung der eingangs beschriebenen Nachteile, einen Motor mit einer Ventilbetätigungseinrichtung zu schaffen, bei dem das Phänomen des Überspringens von Zähnen durch den Zahnriemen für die Ventilsteuerung nicht auftritt, selbst dann nicht, wenn sich die Drehrichtung der Kurbelwelle umkehrt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Ventilbetätigungseinrichtung zusätzlich zu einer Spann-Riemenscheibe, angeordnet auf der losen Seite des zeitsteuernden Zahnriemens, der sich zwischen der Zeitsteuerriemenscheibe für die Ventile und den Nockenriemenscheiben spannt, eine Druckriemenscheibe auf der Zug- bzw. gespannten Seite und sehr nahe an der zeitsteuernden Riemenscheibe mit einem Abstand zwischen diesen Riemenscheiben aufweist, der kleiner ist als die Zahnhöhe des zeitsteuernden bzw. zeitgebenden Zahnriemens.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere darin, daß das Phänomen des Außer-Eingriff-Kommens bzw. Überspringens von Zähnen durch den Zahnriemen nicht mehr auftritt, die Zug- oder Spannungsseite des die zeitliche Ventilsteuerung bewirkenden Zahnriemens durch die Spannriemenscheibe gespannt bleibt, selbst wenn der Zahnriemen bedingt durch die Kurbelwelle veranlaßt ist, seine Drehrichtung umzukehren und auf diese Weise die Lose im Zahnriemen beseitigt wird, und der Zahnriemen stets gegen die Zeitgeber-Riemenscheibe durch die Druckriemenscheibe gedrückt wird, und so kein Raum für den Zahnriemengrund vorhanden ist, sich von der Zeitgeber-Riemenscheibe zu lösen und wegzubewegen, selbst dann, wenn eine gewisse Lose auf der losen Seite des Zahnriemens bei der gegenüber der Normaldrehrichtung umgekehrten Bewegung des Zahnriemens in Gegenrichtung auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 2 eine Seitenansicht, die die Seitenfläche des Vorderabschnittes des Motors nach Fig. 1 zeigt, und

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Vorderansicht des Motors, wobei als Einzelheit das Zusammen­ wirken zwischen Zeitgeber-Riemenscheibe, Druck-Riemenscheibe und Zeitsteuer-Zahnriemen dargestellt ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, erläutert.

In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Viertakt-Hochleistungs-Rennmotor in V-Anordnung, jeweils mit einer linken und einer rechten Zylinderbank 1 L und 1 R, bestehend aus einem Zylinderblock 11 und jeweiligen Zylinderköpfen 12, die auf diesem befestigt sind. Mit 13 ist eine Ölwanne bezeichnet, die an der Bodenseite des Zylinderblockes 11 befestigt ist und diese bedeckt. Eine Kurbelwelle ist mit 4 bezeichnet und zwischen der Ölwanne und dem Zylinderblock angeordnet. Mit 14 sind Einlaßrohre und mit 15 sind Auslaßanschlüsse bezeichnet.

An der Vorderseite des Zylinderblockes 11 ist eine Frontabdeckung 16 befestigt, an deren zylinderblockseitiger Seite Zeitgeber-Zahnräder 8 L und 8 R, die nachfolgend noch erläutert werden, angeordnet sind und an dessen Vorderseite Zeitgeber-Riemenscheiben 5 L und 5 R für die Ventilsteuerung angeordnet sind. Mit 17 ist eine Riemenabdeckung bezeichnet, befestigt an der Vorderseite der Frontabdeckung 16 unter Belassung eines Zwischenraumes.

Die linke und rechte Zylinderbank 1 L und 1 R sind jeweils mit Ansaug-Nockenriemenscheiben 2, verbunden mit den jeweiligen Ansaug-Nockenwellen und Auslaß-Nockenriemenscheiben 3, verbunden mit den jeweiligen Ausstoß-Nockenwellen, vorgesehen und diese Riemenscheiben werden durch jeweilige Zeitsteuer-Riemenscheiben 5 L und 5 R für jede Zylinderbank durch jeweilige Zeitgeberriemen 6, bestehend aus Zahnriemen, angetrieben. Mit 7 sind Riemenscheiben zum Antrieb von Kühlwasserpumpen 18, angeordnet auf der linken und rechten Seite des Motors, bezeichnet, wobei es für diese Pumpen 18 nicht erforderlich ist, daß diese synchron mit der Kurbelwelle 4 angetrieben werden, sie werden jedoch hier lediglich aus Gründen baulicher Vereinfachung durch die zeitsteuernden Zahnriemen 6 angetrieben.

Jede der Zeitsteuer-Riemenscheiben 5 L und 5 R ist koaxial und integral mit dem entsprechenden Zeitsteuerzahnrad 8 L und 8 R, angeordnet an der Innenseite der Frontabdeckung 14, für jede Zylinderbank verbunden. Das linksseitige Zeitsteuerzahnrad 8 L ist im Eingriff mit dem Zeitsteuerzahnrad 8 R für die rechtsseitige Zylinderbank 1 R, während das Zeitsteuerzahnrad 8 R seinerseits im Eingriff mit dem Abtriebszahnrad 8 C, vorgesehen auf der Kurbelwelle 4, ist. Obwohl in Fig. 1 das Abtriebszahnrad 8 R gleichzeitig mit beiden Zeitsteuerzahnrädern 8 L und 8 R im Eingriff zu sein scheint, ist das Zeitsteuerzahnrad 8 L tatsächlich axial in bezug auf das Abtriebszahnrad 8 C versetzt angeordnet, so daß es nicht mit diesem in Eingriff ist.

Als nächstes wird der Umschlingungsweg der Zeitsteuerriemen 6 erläutert. Da die Zeitsteuerriemen-Umschlingungswege für die linke und rechte Zylinderbank jeweils symmetrisch sind, wird nur derjenige für die linke Zylinderbank hier erläutert, während die entsprechende Beschreibung für den rechten Zeitsteuerriemen für die Ventilsteuerung weggelassen ist.

Das heißt, der Zeitsteuerriemen 6 für die linksseitige Zylinderbank 1 L ist um die Außenflächen der Ansaug-Nockenriemenscheibe 2, der Ausstoß-Nockenriemenscheibe 3 und der Riemenscheibe 7 für die Kühlwasserpumpe durch die Zeitsteuerriemenscheibe 5 L herumgeführt und die erforderlichen Berührungswinkel für diese Riemenscheiben werden durch Leerlaufriemenscheiben 9 a und 9 b sowie eine Spannriemenscheibe 9 c erhalten. Der große Markierungspfeil R bezeichnet jeweils die Drehrichtung des Riemens 6.

Hier ist die Leerlaufriemenscheibe 9 a an der Oberseite der Zeitsteuerriemenscheibe 5 L und in großer Nähe zu dieser angeordnet, um als Druckriemenscheibe zu wirken, um zu verhindern, daß das Zahnsprung-Phänomen auftritt. Das heißt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, der Abstand zwischen der Leerlaufriemenscheibe 9 a und dem Kopfkreis 5 c der Zeitsteuerriemenscheibe 5 L ist nahezu gleich bemessen der Dicke der Zahnriemenbasis 6 a des Zeitsteuer-Zahnriemens 6, welcher als endloser Riemen mit vielen Eingriffszähnen 6 b ausgeführt ist, die von der Innenseite der Riemenbasis bzw. des Zahnriemengrundes 6 a vorspringen.

Ein solchermaßen geführter Zeitsteuer-Zahnriemen 6 wird, nachdem der Motor gestartet ist, bezüglich des Zeitsteuerriemens 6 für die linksseitige Zylinderbank 1 L im Uhrzeigersinn gedreht und der Zeitsteuerriemen 6 für die rechtsseitige Zylinderbank 1 R dreht sich im Gegenuhrzeigersinn. Während der Motor läuft, wird der Zeitsteuerriemen 6 durch die Leerlaufriemenscheibe 9 a auf der Zug- oder gespannten Seite des Zeitsteuerriemens 6 niedergedrückt und durch die Spannriemenscheibe 9 c auf der losen Seite bzw. entlasteten Seite des Riemens gespannt. Die Zeitsteuerriemenscheibe 5 L bzw. der Zahnriemen 6 wird von dieser verzahnten Riemenscheibe 5 L niemals beim Start oder durch Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle 4 gelöst, so daß das Phänomen des Außereingriffkommens der Verzahnungen von Zahnriemen 6 und Riemenscheibe 5 L nicht auftritt.

Wenn der Motor stoppt oder angehalten wird, kann es manchmal passieren, daß sich die Kurbelwelle 4 vor dem Anhalten mehrfach in Gegenrichtung dreht. Selbst in diesem Fall tritt das Außereingriffkommen der Verzahnungen von Zahnriemen 6 und Zahnriemenscheibe 5 L bzw. des Phänomen des Zahnspringens niemals auf, da der Zahnriemen 6 gegen die Zeitsteuerriemenscheibe 5 L durch die Leerlaufriemenscheibe (Druckriemenscheibe) 9 a gedrückt wird, während die gespannt oder Zugseite des Zeitsteuerriemens 6 auch bei Drehung in Gegenrichtung durch die Spannscheibe 9 c gespannt gehalten wird, um die Riemenlose zu beseitigen, und somit besteht kein Raum für die Riemenbasis bzw. den Riemengrund 6 a sich zurück, weg von der Zeitsteuerriemenscheibe 5 L zu bewegen, selbst dann, wenn auf der losen Seite bei der Gegendrehung des Riemens 6 in umgekehrter Drehrichtung eine gewisse Lose auftritt. Folglich ist auch in diesem Fall das Phänomen des Zahnspringens bzw. des unsicheren oder nicht zuverlässigen Eingriffes zwischen der Verzahnung des Zahnriemens 6 und der Zeitsteuerriemenscheibe 5 L vermieden.

Da erfindungsgemäß der Motor mit einer Ventilbetätigungseinrichtung versehen ist, welche zusätzlich zu einer Spannriemenscheibe, angeordnet auf der entspannten, losen Seite des der Zeitsteuerung der Ventile dienenden Zahnriemens, der sich zwischen der verzahnten Zeitsteuerriemenscheibe und den Nockenriemenscheiben spannt, eine Druckriemenscheibe 9 a, angeordnet auf der Spann- oder Zugseite der Zeitsteuerriemenscheibe und sehr nahe an dieser mit einem Abstand angeordnet ist, der kleiner ist als die Zahnhöhe des verzahnten Zeitsteuerriemens 6, kann der Abschnitt des zeitsteuernden Zahnriemens 6 auf der losen Seite der Zeitsteuerriemenscheibe 5 L bei einer Drehung in Gegenrichtung nicht von der verzahnten Zeitsteuerriemenscheibe 5 L freikommen und somit ist ein Rutschen oder eine Relativbewegung zwischen dem Zahnriemen 6 und der Zahnriemenscheibe 5 L vermieden. Da außerdem eine normale Leerlaufriemenscheibe während des normalen Motorbetriebes als Druckriemenscheibe bei einem Gegenbetrieb (umgekehrte Drehrichtung der Kurbelwelle) funktioniert, hat die Erfindung die Wirkung, daß keine spezielle Anordnung für die Druckriemenscheibe erforderlich ist und eine sehr einfache Auslegung des Motors für den gewünschten Effekt ausreicht.

Claims (7)

1. Motor mit einer Ventilbetätigungseinrichtung und einer Spannscheibe, angeordnet auf der losen Seite eines Zeitsteuer-Zahnriemens, der sich zwischen der Zeitsteuerriemenscheibe für die Ventilsteuerung und den Nockenriemenscheiben spannt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckriemenscheibe (9 a) auf der Spann- oder Zugseite der Zeitsteuer-Riemenscheibe (5 L) und unter Belassung eines engen Spaltes zu dieser angeordnet ist, wobei der Umfangsabstand zwischen der Zeitsteuer-Riemenscheibe (5 L) und der Druckriemenscheibe (9 a) kleiner ist als die Zahnhöhe der Zähne des Zeitsteuer-Zahnriemens (6).

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Mehrzylinder-Motor in V-Anordnung mit einer linksseitigen Zylinderbank (1 L) und einer rechtsseitigen Zylinderbank (1 R) ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurbelwelle ein zentrales Abtriebsritzel (8 c) aufweist, das in Kämmeingriff ist mit einem rechtsseitigen Zeitsteuer-Zahnrad (5 R) ist, das seinerseits in Kämmeingriff mit einem linksseitigen Zeitsteuer-Zahnrad (5 L) ist und über die linksseitige und die rechtsseitige Zeitsteuer-Antriebsriemenscheibe (5 L, 5 R) jeweils ein Zahnriemen (6) geführt ist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemen (6) über eine zugehörige Zeitsteuer-Antriebsriemenscheibe (5 L, 5 R) sowie über jeweils eine, an einem Zylinderkopf des Motors gelagerte Ansaug-Nockenriemenscheibe (2) und eine Ausstoß-Nockenriemenscheibe (3) geführt ist, und zwischen der Zeitsteuer-Antriebsriemenscheibe (5 L, 5 R) und der Ausstoß-Nockenriemenscheibe (3) zumindest eine den Zahnriemen (6) ablenkende Spannriemenscheibe (9 c) und zwischen der Ansaug-Nockenscheibe (2) und der Zeitsteuer-Antriebsriemenscheibe (5 L, 5 R) zumindest eine den Zahnriemen (6) ablenkende Druckriemenscheibe (9 a) angeordnet ist, die den Zahnriemen (6) gegen das Zeitsteuer-Antriebszahnrad (5 L, 5 R) druckbelastet.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemen (6) zugleich eine Riemenscheibe (7) zum Antrieb einer zugehörigen Wasserpumpe (18) antreibt.

6. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuer-Zahnräder (8 L, 8 R) integral mit den Zeitsteuer-Riemenscheiben (5 L, 5 R) ausgebildet sind und jeweils an einer Frontabdeckung (16) an der Vorderseite des Zylinderblockes (11) drehbar gelagert sind, wobei die Zeitsteuer-Zahnräder (8 L, 8 R) innenliegend an der zylinderblockseitigen Seite der Frontabdeckung (16) angeordnet sind und die Zeitsteuer-Riemenscheiben (5 L, 5 R) außenseitig an einer Vorderseite der Frontabdeckung (16) angeordnet sind.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beabstandet zu der Frontabdeckung (16) eine Abdeckung für den Zahnriemen (6) zumindest im Bereich der Frontabdeckung (16) vorgesehen ist.