DE102007037720A1

DE102007037720A1 - Steuerantrieb

Info

Publication number: DE102007037720A1
Application number: DE102007037720A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Nakano; Kohei Kunimatsu
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: CN101122320A; GB2440805A; GB0713397D0; KR20080013812A; JP4808103B2; CN101122320B; KR101133869B1; DE102007037720B4; GB2440805B; US20080039253A1; JP2008039132A; US7686718B2

Abstract

Bei dem Steuerantrieb (10) eines Verbrennungsmotors werden die zyklischen Änderungen der Kettenspannung in der Spanne, die von dem Nockenwellenkettenrad (S16) zum Kurbelwellenkettenrad (S12) läuft, durch eine synchrone wechselseitige Bewegung einer Führung (G12) ausgeglichen, die in Rutschkontakt mit der Kettenspanne steht. Die maximale Rückwärtsgeschwindigkeit der Führung (G12) fällt in etwa mit der Maximalspannung in der Kettenspanne zusammen, und die maximale Vorwärtsgeschwindigkeit der Führung (G12) fällt in etwa mit der minimalen Spannung in der Kette (CH1) zusammen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Steuerantrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kettenantrieb, der von einer Kurbelwelle zur Rotation einer oder mehrerer Nockenwellen betrieben wird, die zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile des Motors angeordnet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Steuerantrieb, bei dem die Spannung in der Kette durch die Bewegung einer Kettenführung angepasst wird.
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung 2006-216701 in Anspruch, die am 9. August 2006 eingereicht worden ist. Die Offenbarung der japanischen Anmeldung 2006-216701 wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein typischer Antrieb für eine Steuerkette ist in 7 dargestellt, die schematisch einen DOHC-Motor (Motor mit zweifach oben liegender Nockenwelle) E zeigt, bei dem eine Steuerkette CH durch ein Kurbelwellenkettenrad S1 angetrieben wird und zum Antrieb der Nockenwellenkettenräder S2 und S3 angeordnet ist. Die Schlaffseite der Kette, d.h. die Seite, die sich vom Kurbelwellenkettenrad S1 zum Nockenwellenkettenrad S2 bewegt, steht in Rutscheingriff mit einer beweglichen Führung Ga, die mit einem Spanner T zusammenwirkt, um eine geeignete Spannung auf die Kette aufzubringen, um eine Vibration der Kette zu vermeiden. Die Spannungsseite der Kette, d.h. die Seite, die sich vom Nockenwellenkettenrad S3 zum Kurbelwellenkettenrad S1 bewegt, steht in Rutscheingriff mit einer festen Führung Gb.
Die bewegliche Führung Ga ist gelenkig an einem Gelenkstift P gelagert, der an dem Motorblock angeordnet ist, und wird durch den Stempel des Spanners T gegen die Kette gedrückt. Die feste Führung Gb ist an dem Motorblock mittels der Befestigungsbolzen Q befestigt. Eine typische bewegliche Führung der in 7 gezeigten Art wird in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-214504 beschrieben und in deren 11 gezeigt.
Beim Steuerantrieb eines Verbrennungsmotors ändert sich das Lastmoment an den Nockenwellen zyklisch, und die Änderung des Lastmoments führt dazu, dass sich die Spannung in der Spannungsseite der Kette dementsprechend ändert. Daher ändert sich die Spannung der Kette auf der Spannungsseite zyklisch, und hängt die Frequenz der zyklischen Veränderung der Spannung von der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ab. Bei beispielsweise einem Vierzylinderreihenmotor durchläuft die Spannung in der Kette vier Veränderungsphasen für jede volle Umdrehung der Nockenwellen. Bei dem herkömmlichen Steuerantrieb, bei dem die Spannungsseite der Steuerkette an einer festen Führung rutscht, muss die Zugfestigkeit der Kette ausreichend sein, um dem Spitzenwert der Spannungsänderung in der Kette standzuhalten. Da die Kette dem Spitzenspannungswert standhalten muss, ist das Gewicht der Steuerkette notwendigerweise groß und das Erfordernis einer schweren Steuerkette führt zu einem großen Gesamtausmaß und Gesamtgewicht des Motors.
Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, einen Antrieb für eine Steuerkette anzugeben, bei dem eine leichtere und kompaktere Kette verwendet werden kann und der einen leiseren Betrieb des Motors ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der erfindungsgemäße Steuerantrieb umfasst ein Kurbelwellenkettenrad an einer Kurbelwelle des Motors, ein Nockenwellenkettenrad an einer Nockenwelle des Motors und eine endlose Kette, die zur Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle mit den Kettenrädern in Eingriff steht. Die Kette weist eine Schlaffseite auf, die sich vom Kurbelwellenkettenrad zum Nockenwellenkettenrad bewegt, und eine Spannungsseite, die sich vom Nockenwellenkettenrad zum Kurbelwellenkettenrad bewegt. Ein Spanner presst eine bewegliche Führung gegen die Schlaffseite der Kette. Eine zweite Führung kann rutschbar in die Spannungsseite der Kette eingreifen und ist gelenkig an einer Drehachse gelagert, um sich in etwa rechtwinklig zur Laufrichtung der Spannungsseite der Kette zu bewegen. Die zweite Führung lässt sich in eine erste Richtung bewegen, um die Spannung in der Spannungsseite der Kette zu erhöhen, und in eine zweite, entgegengesetzte Richtung, um die Spannung in der Spannungsseite der Kette zu verringern. Ein Nockenrad, das entweder durch die Nockenwelle oder durch die Kurbelwelle angetrieben wird, kann in die zweite Führung eingreifen und bewirkt eine Bewegung der zweiten Führung in deren erste Richtung. Das Nockenrad ist mit den zyklischen Drehmomentveränderungen in der Nockenwelle synchronisiert, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Führung in deren erster Richtung in etwa ein Maximum erreicht, wenn die Spannung in der Kette minimal ist, und die Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Führung in deren zweiter Richtung in etwa ein Maximum erreicht, wenn die Spannung in der Kette minimal ist.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nockenrad um ein ovales Nockenrad, das koaxial zur Kurbelwelle und an der Kurbelwelle befestigt ist, und die zweite Führung umfasst einen Arm, der davon an einer Stelle abragt, die von der Drehachse beabstandet ist, und der zum Rutschkontakt mit dem ovalen Nockenrad positioniert ist. Das ovale Nockenrad bewegt die zweite Führung zweimal bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle in deren erste Richtung (und daher viermal bei jeder Umdrehung der Nockenwelle).
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Nockenrad um ein rechteckiges Nockenrad, das koaxial zur Nockenwelle und an der Nockenwelle befestigt ist. Das rechteckige Nockenrad weist vier Nocken auf, und die zweite Führung weist einen Arm auf, der von dem Hauptteil der Führung an einer von der Drehachse beabstandeten Stelle abragt und der zum Rutschkontakt mit den Nocken des rechteckigen Nockenrad positioniert ist. Das vier Nocken aufweisende Nockenrad bewegt die zweite Führung in deren erster Richtung bei jeder Umdrehung der Nockenwelle viermal.
Ein elastisches Element kann umfasst sein, um die zweite Führung in deren erste Richtung zu drücken.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Nockenrad um ein ovales Nockenrad, das sich mit der zweiten Führung an einer Stelle abseits der Drehachse in Eingriff bringen lässt, und das entweder durch die Kurbelwelle oder durch die Nockenwelle mittels eines Getriebezugs angetrieben wird.
Der Begriff „in etwa rechtwinklig" bei Bezugnahme auf die Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung der zweiten Führung und der Laufrichtung der Spannungsseite der Kette bedeutet, dass sich die zweite Führung in im Wesentlichen Querbeziehung zur Kettenspanne bewegt, die sich von der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewegt, und ermöglicht mit gewisser Formabweichung eine exakte Rechtwinkligkeit, einschließlich der Abweichung, die sich notwendigerweise aus der Tatsache ergibt, dass die zweite Führung gelenkig gelagert ist.
Der Begriff „in etwa" bei Verwendung mit Bezug auf die Beziehung zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Führung und den Maxima und Minima der Kettenspannung zielt darauf ab, eine Abweichung von einem exakten Zusammentreffen maximaler Geschwindigkeit mit dem Maximum oder Minimum der Spannung zu einem angemessenen Grad zu ermöglichen. Beispielsweise liegt die Spannung in der Kette in etwa bei einem Maximalwert über einem Intervall von ± 90° von dem exakten Maximum, wobei der Gesamtzyklus der Spannungsänderung ein 360°-Zyklus ist.
Es sei ebenfalls angemerkt, dass die Erfindung nicht auf einen Motor beschränkt ist, der eine bestimmte Anzahl von Einlass- und Auslassventilen aufweist. Im Fall eines Vierzylinderreihenmotors ist der Spannungszyklus so, dass sich die Kettenspannung sinusförmig verändert, wobei bei jeder vollen Umdrehung einer Nockenwelle vier Phasen durchlaufen werden. In diesem Fall besteht eine Phasenverzögerung von 1/4-Zyklus zwischen der Bewegung der Führung und der zyklischen Änderung der Kettenspannung. D.h., dass die Kettenspannung einen Maximalwert erreicht 1/4-Zyklus nachdem die zweite Führung am weitesten in deren erster Richtung positioniert ist, d.h. der Richtung, in der diese die Spannung in der Kette erhöht. Im Ergebnis bewegt sich die Führung in deren zweiter Richtung mit einer maximalen Geschwindigkeit, wenn die Kettenspannung in etwa deren Höhepunkt erreicht. Im Fall eines Sechszylinderreihenmotors erreicht die Kettenspannung einen Maximalwert 1/6-Zyklus nachdem die zweite Führung am weitesten in deren erster Richtung positioniert ist.
Da die Bewegung der gelenkigen Führung, an der die Spannungsseite der Kette rutscht, mit den zyklischen Veränderungen in der Kettenspannung synchronisiert ist, wird der Längsabstand der Spannungsseite der Kette im Wesentlichen durch die gelenkige Führung erhöht und verringert. Der größte Effekt der Verkürzung des Abstands wird in einem Moment erreicht, wenn die Spannung der Kette maximal wird.
Da die Bewegung der gelenkigen Führung, in welcher die Spannungsseite der Kette rutscht, mit den zyklischen Veränderungen mit der Kettenspannung synchronisiert ist, wird die Längsausdehnung der Spannungsseite der Kette im Wesentlichen durch die gelenkige Führung erhöht und verringert. Der größte Effekt der Ausdehnungsverkürzung wird in einem Moment erreicht, wenn die Spannung der Kette maximal wird. Im Ergebnis kann eine kompakte, leichtgewichtige Kette verwendet werden, die eine relativ geringe Zugfestigkeit aufweist, und kann deren Lebensdauer erhöht werden. Weiterhin lässt sich durch die hohe Kettenspannung verursachter Lärm reduzieren, und ein leiserer Betrieb des Steuerantriebs kann erzielt werden.
Wenn die zweite Führung bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten von einem elastischen Element in eine Richtung gedrückt wird, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, kann die Führung vom Kontakt mit dem Nockenrad ferngehalten werden, da keine Reduzierung der Kettenspannung benötigt wird. Andererseits kann das Nockenrad in Betrieb genommen werden, wenn sich die Motorgeschwindigkeit erhöht. Die Verwendung des elastischen Spannelements vermeidet Vibration bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten aufgrund der gelenkigen Bewegung der Führung und erhöht daher die Lebensdauer der Komponenten des Steuerantriebs.
Wenn das Nockenrad, das die gelenkige Führung bewegt, mittels eines Getriebezugs von der Kurbelwelle oder einer Nockenwelle angetrieben wird, ist es nicht nötig, an der Führung eine Ausweitung zum Eingriff mit dem Nockenrad vorzusehen, und lassen sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Gestaltung vermeiden. Die Verwendung eines Getriebezugs zum Antrieb des Nockenrads erleichtert außerdem die Anpassung der Phasenbeziehung zwischen der Bewegung der gelenkigen Führung und der zyklischen Spannungsänderung in der Kette und die Wahl eines geeigneten Antriebsverhältnisses.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Frontansicht eines Steuerantriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ist eine schematische Frontansicht eines Steuerantriebs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ist eine schematische Frontansicht eines Steuerantriebs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ist eine schematische Frontansicht eines Steuerantriebs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ist eine schematische Frontansicht eines Steuerantriebs gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 ist eine Grafik, welche die zyklische Veränderung der Kettenspannung bei einem Vierzylinderreihenverbrennungsmotor zeigt, und
7 ist eine schematische Frontansicht eines herkömmlichen Steuerantriebs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELE
Bei dem in 1 gezeigten Steuerantrieb 10 befindet sich eine Kette CH1 mit einem Antriebskettenrad S12 in Eingriff, das an der Kurbelwelle S11 eines Verbrennungsmotors bereitgestellt ist, und befindet sich ebenfalls in Eingriff mit Abtriebskettenrädern S15 und S16, die jeweils an Nockenwellen S13 und S14 des Motors bereitgestellt sind. Diese Nockenwellen betätigen die Einlass- und Auslassventile des Motors. Der Steuerantrieb umfasst Mittel zur Spannungsanpassung, die einen Spanner T1 und eine bewegliche Führung G11 umfassen, die in Rutschbeziehung mit der Schlaffseite der Kette steht, d.h. der Seite, die sich vom Kurbelwellenkettenrad S12 zum Nockenwellenkettenrad S15 bewegt. Eine weitere Führung G12 ist zur in etwa rechtwinkligen Bewegung zur Laufrichtung der Spannungsseite der Kette angeordnet, d.h. der Seite, die sich von dem Nockenwellenkettenrad S16 zum Kurbelwellenkettenrad S12 bewegt. Die Führung G12 ist in einer ersten Richtung beweglich, in der diese gegen die Spannungsseite der Kette drückt, und in einer entgegengesetzten zweiten Richtung, in der diese eine Lockerung der Spannungsseite der Kette ermöglicht. Wie im Folgenden beschrieben wird, fällt die Maximalgeschwindigkeit der gelenkigen Führung G12 bei Bewegung in deren zweite Richtung in etwa mit der Maximalspannung in der Spannungsseite der Kette zusammen. Gleichermaßen fällt die Maximalgeschwindigkeit der gelenkigen Führung G12 bei Bewegung in deren erste Richtung in etwa mit dem Minimalwert der Spannung in der Kette zusammen.
Die bewegliche Führung G11 umfasst einen Schuh G11a, der in Rutschkontakt mit der Kette CH1 gerät, um deren Laufrichtung zu kontrollieren und Spannung auf die Kette aufzubringen. Die Führung G11 weist einen Anschlag G11b mit einem Montageloch zur Aufnahme einer Drehachse G11c auf, die ein Bolzen, ein Montagestift oder dergleichen sein kann. Die Führung G12 umfasst auf ähnliche Weise einen Schuh G12a, der in Rutschkontakt mit der Kette CH1 gerät, um die Laufrichtung der Kette zu kontrollieren und eine geeignete Spannung aufzubringen. Die Führung G12 weist ebenfalls einen Anschlag G12b mit einem Loch zur Aufnahme einer Drehachse G12c auf, wie beispielsweise einem Montagebolzen, Montagestift oder dergleichen.
Ein ovales Nockenrad C1 ist koaxial an der Kurbelwelle S11 befestigt, und ein Arm G13 erstreckt sich von dem Hauptteil der Führung G12 an eine Stelle abseits der Drehachse G12c. Mit dem Arm G13 weist das gelenkige Element die Form eines Schlüssels auf. Ein Endabschnitt des Arms G13 gerät in Rutschkontakt mit dem ovalen Nockenrad C1, so dass die Schwenkbewegung der Führung synchronisiert ist mit der zyklischen Spannungsänderung in der Kettenspanne, die sich von dem Punkt S16a, wo sich diese vom Kettenrad S16 löst, zum Punkt S12a erstreckt, wo diese in Eingriff mit dem Kettenrad S12 gerät.
Da sich die Punkte S16a und S12a bewegen, wenn die Führung G12 gegen die Kette drückt, verändert sich die Länge der vom Punkt S16a zum Punkt S12a erstreckenden Kettenspanne geringfügig, abhängig von der Position der Führung G12, wobei diese kürzer wird, wenn die Führung gegen die Kette drückt. Der Verkürzungseffekt der Kettenspanne erreicht ein Maximum, wenn die Spannung in der Kette CH1 maximal wird. Die Erhöhung oder Verringerung der Länge der Kettenspanne ist tatsächlich sehr gering, wobei diese typischerweise in etwa 1 mm beträgt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu verringern, fällt in etwa zusammen mit einer maximalen Spannung in der zyklischen Spannungsänderung der Kette. Auf ähnliche Weise fällt die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, in etwa mit einer minimalen Spannung in der zyklischen Veränderung der Spannung in der Kette zusammen.
Bei dem in 2 gezeigten Steuerantrieb 20 befindet sich eine Kette CH2 mit einem Antriebskettenrad S22 an einer Kurbelwelle S21 eines Verbrennungsmotors und mit den Abtriebskettenrädern S25 und S26 in Eingriff, die jeweils koaxial an Nockenwellen S23 und S24 befestigt sind. Der Steuerantrieb weist weiterhin Mittel zur Anpassung der Spannung auf, die einen Spanner T2 und eine bewegliche Führung G21 an der Schlaffseite der Kette und eine gelenkig gelagerte Führung G22 umfassen, die sich wechselseitig in einer in etwa zur Laufrichtung der Kette CH2 rechtwinkligen Richtung bewegen lässt.
Dabei ist wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Schwenkbewegung der Führung G22, mit der zyklischen Spannungsänderung in der Kettenspanne synchronisiert, die sich vom Punkt S26a, wo sich die Kette von dem Kettenrad S26 löst, zum Punkt S22a erstreckt, wo die Kette mit dem Kettenrad S22 in Eingriff gerät. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu verringern, fällt in etwa mit einer Maximalspannung in der zyklischen Spannungsänderung der Kette zusammen. Auf ähnliche Weise fällt die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, in etwa mit einem Spannungsminimum in der zyklischen Spannungsänderung in der Kette zusammen.
Die bewegliche Führung G21 weist einen Schuh G21a auf, der in Rutschkontakt mit der Kette CH2 gerät, und ist an eine Drehachse G21c montiert, die sich durch ein Loch in einem Anschlag G21b erstreckt, der an einem Ende der Führung ausgebildet ist.
Die gelenkig gelagerte Führung G22 weist auf ähnliche Weise einen Schuh G22a auf, der in Rutschkontakt mit der Kette CH2 gerät. Die Führung G22 ist gelenkig an einer Drehachse G22c gelagert, die sich durch ein Loch erstreckt, das in einem Anschlag G22b an einem Ende der Führung ausgebildet ist.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein rechteckiges Nockenrad C2, das vier Nocken aufweist, koaxial an der Nockenwelle S24 befestigt, von der sich die Kette zum Kurbelwellenkettenrad S22 bewegt. Die Führung ist mit einem Arm G23 versehen, der von einer von der Drehachse G22c entfernten Stelle an der Führung abragt. Der Arm G23 steht in Rutschkontakt mit dem rechteckigen Nockenrad C2, so dass die Bewegung der gelenkig gelagerten Führung G22 mit der zyklischen Spannungsänderung in der Kettenspanne synchronisiert ist, die sich vom Kettenrad S26 am Punkt S26a bewegt und das Kettenrad S22 am Punkt S22a trifft. Wie im Fall des Ausführungsbeispiels aus 1 wird der maximale Verkürzungseffekt der Kettenspanne erzielt, wenn die Spannung in der Kette CH2 bei einem Maximum ist.
Bei dem in 3 gezeigten Steuerantrieb 30 befindet sich eine Kette CH3 mit einem Antriebskettenrad S32 an einer Kurbelwelle S31 und mit den Abtriebskettenrädern S35 und S36 in Eingriff, die jeweils an den Nockenwellen S33 und S34 bereitgestellt sind. Ein Spanner T3 und eine bewegliche Führung G31 sind an der Schlaffseite der Kette CH3 bereitgestellt, und eine gelenkig gelagerte Führung 32 ist an der Spannungsseite der Kette bereitgestellt. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen fällt dabei die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu verringern, in etwa mit einer Maximalspannung in der zyklischen Spannungsänderung der Kette zusammen. Auf ähnliche Weise fällt die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, in etwa mit einer Minimalspannung in der zyklischen Spannungsänderung in der Kette zusammen.
Die bewegliche Führung G31 umfasst einen Schuh G31a, der in Rutschkontakt mit der Schlaffseite der Kette gerät. Die Führung G31 ist drehbar an einer Drehachse G31c gelagert, die sich durch ein Loch in einem Anschlag G31b erstreckt, der an einem Ende der Führung ausgebildet ist. Die drehbar gelagerte Führung G32 umfasst weiterhin einen Schuh G32a, der in Rutschkontakt mit der Spannungsseite der Kette CH3 gerät. Die Führung ist weiterhin mit einem Anschlag G32b versehen, der ein Loch aufweist, das die Drehachse G32c aufnimmt.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das ovale Nockenrad C3 koaxial an der Kurbelwelle S31 befestigt, und ein Arm G33, der sich mit dem Nockenrad in Eingriff bringen lässt, ragt von einer Stelle an der Führung G32 ab, die abseits von der Drehachse G32c liegt. Die durch das Nockenrad betätigte Führung weist den gleichen Verkürzungseffekt der Kettenspanne auf wie die Führungen bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Der Mechanismus aus 3 unterscheidet sich vom Mechanismus aus 1 darin, dass die gelenkig gelagerte Führung G32 mittels eines elastischen Elements B wie beispielsweise einer Feder, Polyurethan, Gummi oder dergleichen gegen die Kette gedrückt wird. Wenn die Kettenspannung bei niedriger Motorgeschwindigkeit gering ist, wird keine Verringerung der Maximalspannung benötigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel trennt sich der Arm G33 von dem Nockenrad C3 bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten und wird nicht durch das Nockenrad betätigt. Folglich wird bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten die Vibration aufgrund der gelenkigen Bewegung der Führung vermieden und kann eine erhöhte Lebensdauer der Komponenten realisiert werden.
Ein elastisches Element, ähnlich dem elastischen Element B, kann bei einem Steuerantrieb vorgesehen sein, der dem in 2 gezeigten ähnlich ist, und es lassen sich die gleichen Effekte erzielen.
Bei dem in 4 gezeigten Steuerantrieb 40 steht eine Kette CH4 mit einem Antriebskettenrad S42 in Eingriff, das hinter einem Ritzel K4 angeordnet sich, das an der Kurbelwelle S41 vorgesehen ist. Die Kette steht ebenfalls mit den Abtriebskettenrädern S45 und S46 in Eingriff, die jeweils koaxial an den Nockenwellen S43 und S44 befestigt sind. Ein Spanner T4 und eine bewegliche Führung G41 sind an der Schlaffseite der Kette CH4 bereitgestellt. Eine gelenkig gelagerte Führung G42 ist an der Spannungsseite der Kette bereitgestellt, und wie bei jedem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, ist die Bewegung der gelenkig gelagerten Führung G42 mit der zyklischen Veränderung der Kettenspannung synchronisiert, und die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu verringern, fällt in etwa mit einer Maximalspannung in der zyklischen Spannungsänderung der Kette zusammen. Auf ähnliche Weise fällt die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, in etwa mit einer Minimalspannung in der zyklischen Veränderung der Spannung der Kette zusammen.
Die Führung G41 weist einen Schuh G41a auf, der in Rutschkontakt mit der Kette CH4 gerät und ist drehbar an der Drehachse G41c gelagert, wie beispielsweise einem Befestigungsbolzen, einem Befestigungsstift oder dergleichen, die sich durch ein Loch in einem Anschlag G41b erstreckt, der an einem Ende der Führung ausgebildet ist.
Das Ritzel K4 an der Kurbelwelle S41 steht in Eingriff mit einem Zwischenritzel G43, das wiederum mit einem dritten Ritzel G44 in Eingriff steht, das koaxial an dem ovalen Nockenrad C4 befestigt ist. Das ovale Nockenrad gerät in Rutschkontakt mit der Rückseite der drehbar gelagerten Führung G42 an einer Stelle, die von der Drehachse G42c entfernt ist. In diesem Fall benötigt die Führung G42 keine Verlängerung wie die Verlängerung G13 aus 1. Die Verwendung eines Getriebezugs zur Betätigung des Nockenrads wie in 4 ermöglicht es, die wechselseitige Bewegung der drehbar gelagerten Führung synchron mit den Spannungsänderungen in der Kette auszuführen, selbst wenn die Gestaltung eines Mechanismus, der einen Verlängerungsarm an der drehbar gelagerten Führung aufweist, wegen eines begrenzten Bauraums schwierig oder unmöglich ist. Der Mechanismus aus 4 weist die weiteren Vorteile auf, dass der Getriebezug die Anpassung der Phasenbeziehung zwischen der Bewegung der Führung und den Spannungsänderungen in der Kette erleichtert, und es ebenfalls erleichtert, die drehbar gelagerte Führung an eine Vielzahl von Motortypen durch Auswahl einer geeigneten Getriebeübersetzung anzupassen.
Bei dem in 5 gezeigten Steuerantrieb 50 befindet sich eine Kette CH5 mit einem Antriebskettenrad S52 und ebenfalls mit den Abtriebskettenrädern S55 und S56 in Eingriff, die jeweils koaxial an den Nockenwellen S53 und S54 befestigt sind. Das Kettenrad S56 ist hinter einem Ritzel K5 angeordnet, das ebenfalls an der Nockenwelle S54 befestigt ist.
Ein Spanner T5 und eine bewegliche Führung G51 sind an der Schlaffseite der Kette CH5 bereitgestellt. Eine drehbar gelagerte Führung G52 ist an der Spannungsseite der Kette bereitgestellt, und wie bei jedem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Bewegung der drehbar gelagerten Führung G52 mit der zyklischen Veränderung der Kettenspannung synchronisiert, und die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu verringern, fällt in etwa mit der Maximalspannung in der zyklischen Spannungsänderung der Kette zusammen. Auf ähnliche Weise fällt die Bewegungsgeschwindigkeit der Führung in der Richtung, um die Spannung in der Kette zu erhöhen, in etwa mit einer Minimalspannung in der zyklischen Veränderung der Spannung in der Kette zusammen.
Die Führung G51 umfasst einen Schuh G51a, der in Rutschkontakt mit der Kette CH5 gerät, und ist drehbar an einer Drehachse G51c gelagert, wie beispielsweise einem Befestigungsbolzen, einem Befestigungsstift oder dergleichen, die sich durch ein Loch in einem Anschlag G51b erstreckt, der an einem Ende der Führung ausgebildet ist.
Das Ritzel K5 an der Nockenwelle S54 steht mit einem Zwischenritzel G53 in Eingriff, das wiederum in ein drittes Ritzel G54 eingreift, das koaxial an einem ovalen Nockenrad C5 befestigt ist. Das ovale Nockenrad gerät in Rutschkontakt mit der Rückseite der drehbar gelagerten Führung G52 an einer von der Drehachse G52c entfernten Stelle. Wie bei dem in 4 gezeigten Fall benötigt die Führung G52 in diesem Fall keine Verlängerung, wie beispielsweise die Verlängerung G13 in 1. Die Verwendung eines Getriebezugs zur Betätigung des Nockenrads ermöglicht es, die wechselseitige Bewegung der gelenkig gelagerten Führung synchron mit den Spannungsveränderungen in der Kette auszuführen, selbst wenn die Gestaltung eines Mechanismus, der einen Verlängerungsarm an der drehbar gelagerten Führung aufweist, wegen eines begrenzten Bauraums schwierig oder unmöglich ist.
Der Mechanismus aus 5 weist die weiteren Vorteile auf, dass der Getriebezug eine Anpassung der Phasenbeziehung zwischen der Bewegung der Führung und den Spannungsänderungen in der Kette erleichtert, und es ebenfalls erleichtert, die drehbar gelagerte Führung an eine Vielzahl von Motortypen durch Auswahl einer geeigneten Getriebeübersetzung anzupassen.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen können geeignete Komponenten aus einer breiten Vielzahl von Materialien hergestellt sein. Da die Schuhe der Führungen in direkten Rutschkontakt mit einer laufenden Kette geraten, sind die Schuhe vorzugsweise aus Polyamidharz oder einem ähnlichen Industriekunststoff hergestellt, der herausragende Abriebsfestigkeit und Gleitfähigkeit aufweist. Geeignete Schuhmaterialien schließen Nylon 6, Nylon 66, alle aromatischen Nylons und dergleichen ein.
Verschiedene Arten von Spannern können bei dem erfindungsgemäßen Steuerantrieb verwendet werden. Vorzugsweise wird jedenfalls ein hydraulischer Spanner, bei dem ein Stempel durch hydraulischen Druck vorangetrieben wird, verwendet.
Obgleich ein Steuerantrieb beschrieben worden ist, der zwei Nockenwellen aufweist, lässt sich die Erfindung auf einen Steuerantrieb anwenden, der eine einzige Nockenwelle aufweist, und weiterhin auf Steuerantriebe, die mehr als zwei Nockenwellen aufweisen, wie beispielsweise Steuerantriebe in V-Motoren. Die Prinzipien der Erfindung lassen sich selbstverständlich auch auf Motoren mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern anwenden.
Obgleich ein Typ eines Spanners, der eine Komponente der Erfindung darstellt, nicht in besonderer Weise spezifiziert worden ist, wird weiterhin vorzugsweise ein hydraulischer Spanner verwendet, bei dem ein Stempel durch hydraulischen Druck vorangetrieben wird.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Durch Verwendung der Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors, um ein eine Führung hin und her bewegendes Nockenrad anzutreiben, stellt diese Er findung Mittel zum Ausgleich der periodischen Änderungen der Kettenspannung bereit, die bei einer Steuerübertragung eines Motors in derartiger Weise auftreten, dass die Maximalspannung verringert werden kann und eine leichtere, kompaktere und leisere Kettenübertragungsvorrichtung realisiert werden kann. Die Erfindung sorgt für eine Verringerung der Herstellungskosten und für eine verbesserte Leistungsfähigkeit bei einem Steuerantrieb, der eine Kette verwendet.

Claims

Steuerantrieb (10, 20, 30, 40, 50) in einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle (S11, S21, S31, S41, S51) und einer die Ventile betätigenden Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54), wobei der Steuerantrieb (10, 20, 30, 40, 50) aufweist: ein Kurbelwellenkettenrad (S12, S22, S32, S42, S52) an der Kurbelwelle (S11, S21, S31, S41, S51), ein Nockenwellenkettenrad (S15, S16, S25, S26, S35, S36, S45, S46, S55, S56) an der Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54) und eine endlose Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5), die zur Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle (S11, S21, S31, S41, S51) auf die Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54) mit den Kettenrädern in Eingriff steht, wobei die Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) eine Schlaffseite aufweist, die sich vom Kurbelwellenkettenrad (S12, S22, S32, S42, S52) zum Nockenwellenkettenrad (S15, S25, S35, S45, S55) bewegt, und eine Spannungsseite, die sich vom Nockenwellenkettenrad (S16, S26, S36, S46, S56) zum Kurbelwellenkettenrad (S12, S22, S32, S42, S52) bewegt, wobei sich die Spannung in der Spannungsseite aufgrund zyklischer Veränderungen des Drehmoments der Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54) zyklisch verändert, einen Spanner (T1, T2, T3, T4, T5), eine bewegliche Führung (G11, G21, G31, G41, G51), die durch den Spanner (T1, T2, T3, T4, T5) gegen die Schlaffseite der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) gedrückt wird, eine zweite Führung (G12, G22, G32, G42, G52), die rutschbar in die Spannungsseite der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) eingreifen kann und die gelenkig an einer Drehachse (G12c, G22c, G32c, G42c, G52c) gelagert ist, um sich in etwa rechtwinklig zur Laufrichtung der Spannungsseite der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) in einer ersten Richtung zu bewegen, um die Spannung in der Spannungsseite der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) zu erhöhen, und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung zu bewegen, um die Spannung in der Spannungsseite der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) zu verringern, und ein Nockenrad (C1, C2, C3, C4, C5), das durch die Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54) oder die Kurbelwelle (S11, S21, S31, S41, S51) angetrieben wird, wobei das Nockenrad (C1, C2, C3, C4, C5) mit der zweiten Führung (G12, G22, G32, G42, G52) in Eingriff bringbar ist und eine Bewegung der zweiten Führung (G12, G22, G32, G42, G52) in der ersten Richtung bewirkt und mit den zyklischen Drehmomentveränderungen in der Nockenwelle (S13, S14, S23, S24, S33, S34, S43, S44, S53, S54) synchronisiert ist, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Führung (G12, G22, G32, G42, G52) in der ersten Richtung in etwa ein Maximum erreicht, wenn die Spannung in der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) minimal ist, und die Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Führung (G12, G22, G32, G42, G52) in der zweiten Richtung in etwa ein Maximum erreicht, wenn die Spannung in der Kette (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) minimal ist.
Steuerantrieb (10, 30) nach Anspruch 1, wobei das Nockenrad (C1, C3) ein ovales Nockenrad ist, das koaxial zur Kurbelwelle (S11, S31) und an der Kurbelwelle (S11, S31) befestigt ist, wobei die zweite Führung (G12, G32) einen Arm (G13, G33) aufweist, der davon an einer Stelle abragt, die von der Drehachse (G12c, G32c) beabstandet ist, und der zum Rutschkontakt mit dem ovalen Nockenrad (C1, C3) positioniert ist.
Steuerantrieb (30) nach Anspruch 2, mit einem elastischen Element (B), das die zweite Führung (G32) in die erste Richtung drückt.
Steuerantrieb (20) nach Anspruch 1, wobei das Nockenrad (C2) ein rechteckiges Nockenrad ist, das koaxial zur Nockenwelle (S24) und an der Nockenwelle (S24) befestigt ist und vier Nocken aufweist, wobei die zweite Führung (G22) einen Arm (G23) aufweist, der davon an einer Stelle abragt, die von der Drehachse (G22c) beabstandet ist, und der zum Rutschkontakt mit den Nocken des rechteckigen Nockenrads (C2) positioniert ist, wobei die zweite Führung (G22) durch das Nockenrad (C2) in der ersten Richtung bei jeder Umdrehung der Nockenwelle (S24) viermal bewegt wird.
Steuerantrieb (20) nach Anspruch 4, mit einem elastischen Element, das die zweite Führung (G22) in die erste Richtung drückt.
Steuerantrieb (40) nach Anspruch 1, wobei das Nockenrad (C4) ein ovales Nockenrad ist, das sich mit der zweiten Führung (G42) an einer Stelle in Eingriff bringen lässt, die von der Drehachse (G42c) entfernt ist, und das von der Kurbelwelle (S41) mittels eines Getriebezugs angetrieben wird.
Steuerantrieb (50) nach Anspruch 1, wobei das Nockenrad (C5) ein ovales Nockenrad ist, das sich mit der zweiten Führung (G52) an einer Stelle in Eingriff bringen lässt, die von der Drehachse (G52c) entfernt ist, und das von der Nockenwelle (S54) mittels eines Getriebezugs angetrieben wird.