DE3814544A1 - Parallelkurbelgetriebe fuer den antrieb zweier obenliegender nockenwellen pro zylinderreihe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Parallelkurbelgetriebe für den Antrieb zweier obenliegender Nockenwellen pro Zylinderreihe einer Brennkraftmaschine, insbesondere solche in Vierventiltechnik, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich sind bei V-förmig angeordneten Gaswechsel­ ventilen häufig zwei Nockenwellen pro Zylinderkopf ver­ wendet. Die Nockenwellen sind mit einer gemeinsamen Kette oder einem Zahnriemen von der Kurbelwelle aus direkt ange­ trieben. Die Antriebsräder benötigen einen relativ großen Durchmesser. Kleine Abstände zwischen den beiden Nockenwellen lassen sich nicht verwirklichen, so daß die Baubreite des Zylinderkopfes relativ groß ausfällt. Außerdem ergibt sich ein ungünstiger Höcker in der Zylinderkopfhaube, der dem Wunsch nach tief herunterge­ zogenen Motorhauben entgegensteht.

Als weitere Variante ist eine Ausführung bekannt, bei der neben dem Direktantrieb von der Kurbelwelle zur Nockenwelle die zweite Nockenwelle hingegen mit einem zusätzlichen Antriebsmittel, z.B. einer Kette, von der ersten angetrieben wird.

Das Antriebsmittel erfordert neben zwei Antriebsrädern einen zusätzlichen Kettenspanner oder einen von der Teilung der Antriebsmittel abhängigen Achsabstand der Nockenwellen, so daß die Gestaltung des Brennraumes sich insofern den Erfordernissen des Antriebs unterwerfen muß.

Bei Längung der Kette entstehen Geräusche, die Steuer­ zeiten ändern sich und ab einer bestimmten Längung ist ein Kettentausch notwendig.

Aus der US-PS 30 90 368 ist ein Antrieb bekannt, bei dem mittels eines Antriebszahnrades von der Kurbelwelle aus über ein zweites Zahnrad und zweier Koppeln zwei obenliegende Nockenwellen angetrieben werden.

Bei diesem zweifachen Parallelkurbelgetriebe erstreckt sich die Länge der Koppeln nahezu über die gesamte Motor­ höhe.

Die nachteiligen Folgen davon sind neben hoher Massen­ kräfte in den Lagern (Reibung, Verschleiß) auch ein aufwendiger Massenausgleich, dessen Unterbringung Höcker in der Zylinderkopfhaube erforderlich macht, sowie hohe Wärmedehnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sämtliche zuvor geschilderten Nachteile zu beseitigen und einen einfachen und kostengünstigen Antrieb für zwei oben­ liegende Nockenwellen pro Zylinderreihe zu schaffen, der eine besonders gedrängte Bauweise mit optimaler Toleranzminimierung und verkraftbarer Wärmedehnung zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 vorgesehenen Merkmale.

Durch die besondere Anordnung und Ausbildung des Antriebs ergibt sich ein lediglich den oberen Teil des Zylinder­ kopfes einnehmender Bauumfang, der einen Höcker in der Zylinderkopfhaube überflüssig und den Abstand der Nocken­ wellen frei wählbar macht. Der Verlauf des Antriebs­ mittels (Kette, Riemen) zwischen den Rädern der Kurbel­ welle und der Antriebswelle ermöglicht wie beim Ein­ nockenwellenantrieb einen schmalen Antriebsmittelkasten. Durch die Vormontage der Koppel im Zylinderkopf mit anschließender gemeinsamer Bearbeitung sind überein­ stimmende Mittenabstände der Wellenlager, nämlich die für die Nockenwellen und die Antriebswelle, durch die Anordnung im selben Gehäuseteil der Brennkraftmaschine gewährleistet. Wärmedehnungen bleiben kleiner als das Lagerspiel, so daß ein Klemmen ausgeschlossen ist.

Die Anwendung zweier Koppeln gemäß der US-PS 30 90 368 erfordert eine exakte Übereinstimmung ihrer Mittenab­ stände sowohl untereinander als auch mit den Exzenter­ wellen; die Einhaltung dieser Forderung wird zusätzlich erschwert und verteuert, weil 1. aus Montagegründen lös­ bare Exzenterscheiben nötig sind und 2. die Koppeln sich über mindestens zwei verschraubte Gehäuseteile (Zylinder­ kopf und Kurbelgehäuse) erstrecken, so daß sich viele Einzeltoleranzen summieren.

Schließlich benötigen die beiden Koppeln zusammen mit dem sehr aufwendigen Lagergehäuse einen erheblichen Platzbe­ darf in Motorlängsrichtung, d.h. der Motor baut relativ lang.

Aus der Getriebelehre 1950, S. 155 von Prof. Krämer ist ein Parallelkurbeltrieb mit einem Antrieb und einem Ab­ trieb bekannt, bei dem eine dritte Welle, eine sogenannte Blindwelle, zur Überwindung der Totpunkte in den Streck­ lagen verwendet ist.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiter­ bildungen beansprucht. Durch die Verwendung eines dem Zylinderkopfwerkstoff entsprechenden Leichtmetalls mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten werden etwaige vorübergehende Längenunterschiede durch unterschiedliche Temperaturen, z.B. während der Anwärmphase, aufgrund der relativ geringen Länge der Stangen vom Lagerspiel aufge­ nommen. Außerdem ergibt sich eine erhebliche Gewichts­ reduzierung.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein im Zylinderkopf untergebrachtes Parallelkurbelgetriebe nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 den Zylinderkopf mit Koppel, Antriebswelle und Antriebsrad nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf bei ab­ genommener Zylinderkopfhaube,

Fig. 4 den Zylinderkopf mit Nockenwelle und Koppel nach der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine andere Ausgestaltung mit fliegend ge­ lagerter Koppel,

Fig. 6 im Querschnitt ein anders ausgeführtes Parallelkurbelgetriebe mit Lagern, die alle in einer Ebene liegen.

Ein Parallelkurbelgetriebe für den Antrieb von zwei oben­ liegenden Nockenwellen 1, 2 pro Zylinderreihe einer mehr­ zylindrigen Brennkraftmaschine mit 4-Ventiltechnik be­ steht im wesentlichen aus einer im oberen Teil des Zylinder­ kopfes 3 angeordneten dreieckförmigen Koppel 4 mit zwei auf gleicher Höhe liegenden ringförmigen und durchmesser­ gleichen Lagern 5 und 6 für die Aufnahme von Exzenter­ scheiben 7 und 8 als Teile der Nockenwellen 1 und 2 so­ wie mit einem unter diesen beiden Lagern 5, 6 liegenden ringförmigen und im Durchmesser kleiner ausgeführten Lager 9 für die Aufnahme einer Exzenterscheibe 10 als Teil einer Antriebswelle 11 (Fig. 2).

Die Antriebswelle 11 ist zweifach gelagert, nämlich stirn­ seitig am Zylinderkopfgehäuse 3 a und in einem Lagerteil 12 im Zylinderkopf 3. Ein als Riemenscheibe oder Kettenrad aus­ gebildetes Antriebsrad 13 ist auf der Antriebswelle 11 ge­ lagert und über einen Riemen 14′ oder eine Kette 14 mit dem Kurbelwellenrad einer Kurbelwelle verbunden (nicht dargestellt).

Die Drehbewegung des Antriebsrades 13 und somit der Ex­ zenterscheibe 10 wird mittels der Koppel 4 in eine winkel­ genaue Drehbewegung der Nockenwelle 1 und 2 umgesetzt. Das Antriebsrad 13 - wie aus Fig. 1 ersichtlich - liegt innerhalb der Kernkonturen des Zylinderkopfes 3 und der Zylinderkopfhaube 15.

Die gedrungene und kompakte Bauweise der Koppel 4 ergibt sich dadurch, daß die Lagerwand 16 für die untenliegende Exzenterscheibe 10 zugleich Lagerwand für die Exzenter­ scheiben 7 und 8 beider Nockenwellen 1, 2 ist und der Abstand zwischen den oberen Lagermitten 17, 18 der drei­ eckförmigen Koppel 4 größer ist als der Abstand zwischen der unteren Lagermitte 19 und der jeweiligen oberen Lager­ mitte 17 oder 18. Die Exzenterachsen 20, 21 der oberen Exzenterscheiben 7, 8 liegen etwa in Höhe einer durch den Zylinderkopf 3 und die Zylinderkopfhaube 15 gebildeten Trennebene "a". Die mit Abstand nebeneinander und oben­ liegenden Lager 5, 6 sind zwecks Versteifung der Koppel 4 durch einen Lagersteg 23 miteinander verbunden.

Um eine leicht durchführbare Montage der einteiligen Koppel 4 zu ermöglichen, entspricht der kürzeste Abstand zwischen der Exzenterachse 20 und 21 und dem Umfang der Exzenterscheibe 7 oder 8 zumindest dem Radius der Nocken­ welle (Fig. 4), so daß die Koppel 4 auf die Nockenwellen 1, 2 aufsteckbar ist.

Die Koppel 4 besteht aus einem Werkstoff mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie beim Zylinderkopf 3, nämlich aus einer Aluminium-Legierung, so daß auftreten­ de Wärmespannungen ohne Bedeutung sind.

Die von den Exzenterscheiben 7, 8, 10 erzeugten Massen werden durch Gegenmassen 24, 25, 26 am jeweils selben Teil direkt ausgeglichen und verursachen somit keine Lagerkräfte.

In Fig. 5 sind die auf den Nockenwellen 1, 2 angeordneten Exzenterscheiben 7, 8 fliegend gelagert und erlauben so­ mit eine Koppelgestaltung mit ungeteilten Lagern, was auch für die die Antriebswelle 11 umgreifende Exzenter­ scheibe 10 gilt. Die Koppel 4 kann durch die Öffnung 27 an der Stirnseite des Zylinderkopfes auf die Exzenter­ scheiben 7, 8 der bereits montierten Nockenwellen 1, 2 auf einfache Weise aufgesteckt werden. Anschließend wird die Antriebswelle 11 in den Zylinderkopf 3, die Koppel 4 und in einen vorderen Lagerdeckel 28 eingeführt und ge­ lagert.

In Fig. 5 ist eine Ausgestaltung der Koppel 4′ gezeigt bei der die Lager 5, 6 für die Aufnahme von Exzenter­ scheiben 7, 8 als Teile der Nockenwellen 1, 2 sowie das Lager 9 für die Aufnahme der Exzenterscheibe 10 als Teil der Antriebswelle 11 in einer Nockenwellenebene liegen. Die Ausbildung dieser Koppel 4′ ergibt eine besonders ge­ drängte Bauweise.

Claims (8)

1. Parallelkurbelgetriebe für den Antrieb zweier oben­ liegender Nockenwellen pro Zylinderreihe einer aus Ge­ häuseteilen bestehenden Brennkraftmaschine, insbesondere solche mit Vierventiltechnik pro Zylinder, bei dem eine Exzenterscheibe jeder Nockenwelle und die Exzenterscheibe einer ein Antriebsrad aufweisenden Antriebswelle durch eine Koppel miteinander gekoppelt sind und jede Exzenterscheibe in ringförmigen Lagern der Koppel drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit Ketten- oder Riemen­ antrieb für die Nockenwellen (1, 2) das Lager (12) der Antriebswellen-Exzenterscheibe (10) im selben Gehäuseteil (3) wie die Lager der Nockenwellen (1, 2) angeordnet ist und daß die Lagerwand (16) für diese Exzenterscheibe (10) zugleich Lagerwand für die Exzenterscheiben (7, 8) beider Nockenwellen (1, 2) bildet.

2. Parallelkurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12) der Antriebswellen-Exzenterscheibe (10) in oder nur so weit unterhalb der Nockenwellenebene liegt, daß die Hüllkontur des Antriebsrades (13) die Bauhöhe der Brennkraftmaschine nicht überschreitet.

3. Parallelkurbelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den oberen Lagermitten (17, 18) der Koppel (4) größer ist als der Abstand zwischen der unteren Lagermitte (19) und der jeweiligen oberen Lager­ mitte (17, 18).

4. Parallelkurbelgetriebe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lager (5, 6) der Koppel (4) an ihren höchsten Stellen durch einen Lagersteg (23) miteinander verbunden sind.

5. Parallelkurbelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Exzenterachsen (20, 21) der oberen Exzenterscheiben (7, 8) zumindest annähernd in einer durch den Zylinder­ kopf (3) und eine Zylinderkopfhaube (22) gebildeten Trennebene (a) liegen.

6. Parallelkurbelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzeste Abstand zwischen der Exzenterachse (20, 21) und dem Umfang der Exzenterscheibe (7, 8) jeder Nocken­ welle (1, 2) zumindest dem Radius der Nockenwelle (1, 2) entspricht und die Exzenterscheibe (20, 21) jeder Nocken­ welle (1, 2) mit dieser einstückig ausgebildet ist.

7. Parallelkurbelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (4) aus einem dem Zylinderkopfwerkstoff entsprechenden Material, z.B. Aluminium-Legierung, besteht.

8. Parallelkurbelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (4) einteilig ausgeführt ist.