DE10337899A1

DE10337899A1 - Vorrichtung zum Antrieb zumindestens einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE10337899A1
Application number: DE2003137899
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb zumindest einer obenliegenden Nockenwelle an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebsrad auf der Kurbelwelle, einem Umschlingungsmittel und einem Abtriebsrad auf der Nockenwelle. Zur Verminderung der relevanten Bauhöhe bei einer gegebenen Einbausituation ist in den Antrieb eine Zwischenwelle seitlich zur Kurbelwelle eingeschaltet, die von der Kurbelwelle an der der Kraftabgabeseite gegenüberliegenden Vorderseite angetrieben ist und die über das Umschlingungsmittel und das Abtriebsrad die Nockenwelle auf der Kraftabgabeseite der Kurbelwelle antreibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb zumindest einer obenliegenden Nockenwelle für Hubkolben-Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Insbesondere bei längs in Kraftfahrzeugen eingebauten Antriebsaggregaten mit Reihen-Brennkraftmaschine (z. B. Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine) und Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit integriertem Differenzial für Frontantrieb ist die Baulänge und Bauhöhe der Brennkraftmaschine besonders zu beachten, weil bei sportlicher Auslegung des Vorbaus und des Außenstrakes der Karosserie mit entsprechend tief liegender Motorhaube Freigangprobleme auftreten können. Grundsätzlich kann die o. a. Problematik auch bei V-Motoren oder bei quer eingebauten Brennkraftmaschinen auftreten.

Durch die DE 43 04 743 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Antrieb der Nockenwelle von der Vorderseite der Brennkraftmaschine auf die Kraftabgabeseite verlegt ist. Dies vermindert zwar die relevante Bauhöhe der Brennkraftmaschine im Bereich der Motorhaube, bewirkt aber gleichzeitig eine Zunahme in der Baulänge des Antriebsaggregates, weil sich das Schwungrad, die Kupplung und das anschließende Wechselgetriebe entsprechend nach hinten verschieben.

Die EP 0 399 216 B1 beschreibt eine weitere, nicht gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit V-Anordnung der Zylinder, bei der die Nockenwelle des einen Zylinderkopfes von der Vorderseite der Brennkraftmaschine und die Nockenwelle des zweiten Zylinderkopfes über eine Zwischenwelle von der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine angetrieben sind. Die Zwischenwelle ist etwa senkrecht über der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in derem Zylindergehäuse positioniert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die ohne Zunahme der Baulänge der Brennkraftmaschine eine Verminderung der relevanten Bauhöhe ermöglicht und die baulich und fertigungstechnisch günstige Konstruktion schafft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in den Antrieb eine Zwischenwelle seitlich zur Kurbelwelle eingeschaltet ist, die von der Kurbelwelle an der der Kraftabgabeseite gegenüberliegenden Vorderseite angetrieben ist und die das Antriebsrad der Nockenwelle auf der Kraftabgabeseite der Kurbelwelle antreibt. Durch die beschriebenen Merkmale kann der Antrieb für die Nockenwelle quasi an der Schwungscheibe seitlich vorbei geführt sein, ohne die ursprüngliche Position des Schwungrades zu beeinflussen. Ggf. ist der Getriebeflansch des Wechselgetriebes entsprechend anzupassen und könnte sogar zumindest teilweise das Gehäuse für den besagten Antrieb bilden.

Der Antrieb von der Kurbelwelle auf die Zwischenwelle und/oder von der Zwischenwelle auf die Nockenwelle kann über einen Umschlingungstrieb, wie einen Kettentrieb oder einen Zahnriementrieb bewirkt sein, um einen ausreichenden seitlichen Versatz der Zwischenwelle mit Bezug zu den Zylindermittelachsen der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Ggf. wäre aber auch ein Stirnradtrieb mit entsprechenden Zahnrädern von der Kurbelwelle auf die Zwischenwelle und/oder von der Zwischenwelle auf die Nockenwelle anwendbar.

Baulich besonders vorteilhaft kann das Antriebsrad an der Vorderseite der Kurbelwelle mit einem Drehschwingungsdämpfer kombiniert sein; beispielsweise kann das Primärteil des Drehschwingungsdämpfers unmittelbar das Antriebszahnrad tragen.

Ferner kann vorteilhaft der Umschlingungstrieb auf der Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine im wesentlichen in einer einheitlichen Radialebene zum Schwungrad der Brennkraftmaschine liegen, wodurch sich eine baulich besonders gedrängte Konstruktion verwirklichen lässt.

Des weiteren kann die Zwischenwelle vorteilhaft mit zumindest einem Nebenaggregat der Brennkraftmaschine eine funktionelle Einheit bilden. Neben der Verminderung des baulichen Aufwandes gelingt es damit, einen für die Anordnung von Nebenaggregaten vorgesehenen Bauraum zugleich für die Anordnung der Zwischenwelle zu nutzen.

Das Nebenaggregat kann dabei ein Generator zur Stromversorgung des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeuges und/oder ein Klimakompressor der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges oder eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Schwingungen der Brennkraftmaschine sein. Es versteht sich, dass die Übersetzungsverhältnisse der beiden Antriebe auf die Erfordernisse auch der Nebenaggregate abgestimmt sein müssen.

Bevorzugt kann zumindest das mit der Nockenwelle zusammenwirkende Umschlingungsmittel ein Zahnriemen sein, weil sich dadurch keine bei einer gesonderten Schmierung des Antriebes ergebenden Abdichtprobleme darstellen.

Schließlich kann besonders vorteilhaft das Übersetzungsverhältnis des an der Vorderseite der Brennkraftmaschine angeordneten Antriebs auf die Zwischenwelle 1:2 und das Übersetzungsverhältnis des an der Kraftabgabeseite liegenden Antriebs auf die Nockenwelle 1:1 betragen. U. a. können damit im Durchmesser relativ kleine Zahnräder auf der Kraftabgabeseite verwendet sein, deren Anordnung unter Berücksichtigung der gedrängten, baulichen Verhältnisse konstruktiv günstiger durchführbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
1 eine Seitenansicht einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem vorderen Antrieb einer Zwischenwelle und einem kraftabgabeseitigen Antrieb der Nockenwelle;
2 eine Ansicht gemäß Pfeil X der 1 auf die Vorderseite der Brennkraftmaschine; und
3 eine Ansicht gemäß Pfeil Y der 1 auf die Kraftabgabeseite der Brennkraftmaschine und den Antrieb der Nockenwelle.
In der 1 ist mit 10 grob schematisch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit in Reihe liegenden vier Zylindern dargestellt, die Teil eines Antriebsaggregates für ein frontangetriebenes Kraftfahrzeug mit einem an die Brennkraftmaschine 10 angeflanschtem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (nicht darge stellt) und einem in das Wechselgetriebe integriertem Differenzial ist. Das Antriebsaggregat ist in Längsrichtung in das Kraftfahrzeug einbaubar.
Die Brennkraftmaschine 10 weist eine obenliegende Nockenwelle 12 auf, die in bekannter Weise die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine 10 betätigt.
Die Nockenwelle 12, die im Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine 10 drehbar gelagert ist, wird von der im Zylindergehäuse 18 der Brennkraftmaschine gelagerten Kurbelwelle 16 wie folgt angetrieben:
Dazu ist an der der Kraftabgabeseite 24 gegenüber liegenden Vorderseite 22 der Brennkraftmaschine 10 (vgl. 2) ein erster Antrieb 26 mit einem Antriebsrad bzw. einem Zahnriemenrad 28, einem Zahnriemen 30 als Umschlingungsmittel und einem ersten Abtriebsrad 32 vorgesehen, wobei das Abtriebsrad 32 auf einer seitlich des Zylindergehäuses 18 positionierten, parallel zur Kurbelwelle 16 verlaufenden Zwischenwelle 34 befestigt ist. Die Zwischenwelle 34 kann ganz oder teilweise in das Zylindergehäuse 18 der Brennkraftmaschine 10 integriert oder an dieses angebaut und an deren Druckumlauf-Schmiersystem angeschlossen sein.
Die sich längs zur Brennkraftmaschine 10 bis zur Kraftabgabeseite 24 erstreckende Zwischenwelle 34 trägt in einer im wesentlichen einheitlichen Rotationsebene 37 mit einem an der Kurbelwelle 16 befestigten Schwungrad 36 ein weiteres Antriebsrad bzw. Zahnriemenrad 38, das Teil eines an der Kraftabgabeseite 24 angeordneten, die Nockenwelle 12 antreibenden Antriebes bzw. Umschlingungstriebes 40 mit einem Zahnriemen 42 und einem Abtriebsrad 44 auf der Nockenwelle 12 ist (vgl. 3).
Das Antriebsrad bzw. Zahnriemenrad 28 ist mit einem Drehschwingungsdämpfer 46 an der Vorderseite 22 der Brennkraftmaschine 10 bzw. auf der Kurbelwelle 16 zu einer Baueinheit zusammengefasst (vgl. 2), wobei das auf der Kurbelwelle 16 befestigte Primärteil des Drehschwingungsdämpfers 46 zugleich das Zahnriemenrad 28 bildet. Der Drehschwingungsdämpfer 46 kann an sich bekannter Bauart sein und ist deshalb nicht näher dargestellt.
Ferner ist die Zwischenwelle 34 mit einem Nebenaggregat, im Ausführungsbeispiel mit einem Generator 48 zur Stromversorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges kombiniert, welcher Generator 48 über nicht näher dargestellte Konsolen an dem Zylindergehäuse 18 der Brennkraftmaschine 10 befestigt ist. Dem entsprechend trägt die Welle des Generators 48 das Zahnriemenrad bzw. Abtriebsrad 32 des Antriebes 26 und ist mit der dahinter liegenden Zwischenwelle 34 fest verbunden oder die Zwischenwelle 34 ist einteilig ausgeführt und bildet eine Baueinheit mit der Welle des Generators 48.
Anstelle des Generators 48 kann die Zwischenwelle 34 auch mit einem anderen Nebenaggregat in der beschriebenen Weise kombiniert sein, insbesondere mit einem Klimakompressor, einer Kraftstoff-Einspritzpumpe, oder einer mit Ausgleichsgewichten versehenen Ausgleichswelle zum Ausgleich von freien Massenkräften und/oder -momenten der Brennkraftmaschine 10. Im letzteren Falle wäre es zweckmäßig, die Zwischenwelle 34 bzw. die Ausgleichswelle in einem tunnelförmigen Gehäuse seitlich des Zylindergehäuses 18 der Brennkraftmaschine 10 anzubauen oder zu integrieren.
Im Bereich des hinteren Antriebsrades 38 ist die Zwischenwelle 34 in einer an das Zylindergehäuse 18 angeschraubten oder angeformten Lagerkonsole 50 drehbar gelagert und mittels entsprechend eingearbeiteter Kanäle (nicht dargestellt) an das Druckumlauf-Schmiersystem der Brennkraftmaschine 10 angeschlossen.
Das Übersetzungsverhältnis des ersten Antriebs 26 von der Kurbelwelle 16 auf die Zwischenwelle 34 ist (eine Viertakt-Brennkraftmaschine vorausgesetzt) 1:2, während das Übersetzungsverhältnis von der Zwischenwelle 34 auf die Nockenwelle 12 1:1 beträgt. Dadurch kann der hintere Antrieb 40 mit im Durchmesser relativ kleinen Zahnriemenrädern 38, 44 mit entsprechend geringem Bauraum ausgeführt sein.
Bei ausreichend vorhandenem Bauraum kann aber auch ein umgekehrtes Übersetzungsverhältnis mit einer dann mit Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Zwischenwelle 34 vorgesehen sein, insbesondere wenn diese mit dem Generator 48 kombiniert ist (höhere Ladeleistung).
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können die Umschlingungstriebe 26, 40 auch Kettentriebe oder der Antrieb 26 auch ein Stirnradtrieb sein. Die Zwischenwelle 34 kann ggf. auch in das Zylindergehäuse 18 seitlich zur Kurbelwelle 16 integriert sein. Anstelle der einen beschriebenen Nockenwelle 12 können auch mehrere, obenliegende und im Zylinderkopf 14 drehbar gelagerte Nockenwellen 12 angetrieben sein, deren entsprechende Abtriebsräder bzw. Zahnriemenräder 44 mit dem Zahnriemen 42 des Umschlingungstriebes 40 zusammenwirken.

Claims

Vorrichtung zum Antrieb zumindest einer obenliegenden Nockenwelle an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einem Antriebsrad auf der Kurbelwelle und einem Abtriebsrad auf der Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass in den Antrieb eine Zwischenwelle (34) seitlich zur Kurbelwelle (16) eingeschaltet ist, die von der Kurbelwelle (16) an der der Kraftabgabeseite (24) gegenüberliegenden Vorderseite (22) angetrieben ist und die das Abtriebsrad (44) der Nockenwelle (12) auf der Kraftabgabeseite (24) der Kurbelwelle (16) antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (16) die Zwischenwelle (34) und/oder die Zwischenwelle (34) die Nockenwelle (12) über einen Umschlingungstrieb (26; 40), wie einen Kettentrieb oder einen Zahnriementrieb, und/oder über einen Stirnradtrieb antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (28) an der Vorderseite (22) der Kurbelwelle (16) mit einem Drehschwingungsdämpfer (46) kombiniert ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlingungstrieb (42) auf der Kraftabgabeseite (24) der Brennkraftmaschine (10) im wesentlichen in einer einheitlichen Rotationsebene (37) zum Schwungrad (36) der Brennkraftmaschine (10) liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (34) mit zumindest einem Nebenaggregat (48) der Brennkraftmaschine (10) eine funktionelle Einheit bildet.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat ein Generator (48) zur Stromversorgung des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeuges ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (48) ein Klimakompressor der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (48) eine Kraftstoff-Einspritzpumpe der Kraftstoffanlage der Brennkraftmaschine 10 ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (34) zugleich als Ausgleichswelle zum Ausgleich von freien Massenkräften und/oder - momenten der Brennkraftmaschine (10) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das mit der Nockenwelle (12) zusammenwirkende Umschlingungsmittel ein Zahnriemen (42) ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des an der Vorderseite (22) der Brennkraftmaschine (10) angeordneten Antriebs (26) auf die Zwischenwelle (34) 1:2 und das Übersetzungsverhältnis des an der Kraftabgabeseite (24) positionierten Antriebs (40) auf die Nockenwelle (12) 1:1 beträgt.