DE3937225A1 - Nockenwellenantrieb fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenantrieb für eine Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle, die mit Zahnrädern angetrieben ist und parallel zum Zahnradtrieb ein Riementrieb vorgesehen ist, der ein vom Zahnradtrieb abwei­ chendes Übersetzungsverhältnis aufweist.

Für kleinere Verbrennungskraftmaschinen, die vorwiegend in PKW und leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, hat sich neben der Kette der Zahnriemen als Antriebselement für die Nocken­ welle durchgesetzt.

Für größere Motoren, insbesondere Dieselmotoren, wird die Nok­ kenwelle mit Zahnrädern angetrieben. Im Falle von obenliegen­ den Nockenwellen ergeben sich damit eine größere Anzahl von Zahneingriffen, die aufgrund des notwendigen Verdrehflanken­ spieles und der Trägheit der Zahnräder eine wesentliche Ge­ räuschquelle darstellen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, gibt es z.B. einen verspann­ ten Nockenantrieb, bei dem die Nockenwelle über zwei Königs­ wellen und vier Kegelräderpaare an ihren zwei Enden gleichzei­ tig angetrieben wird. Die Wellen werden dabei elastisch vorge­ spannt, so daß die Zahnflanken unter Vorspannung einander be­ rühren und kein Zahnradklappern auftreten kann. Dieser Aufwand ist enorm und wurde bisher nur bei teuren Motoren (Porsche) für Sportfahrzeuge angewendet. Es ist ebenso bekannt, daß man mit einem Zwischenrad mit beweglicher Achse ein kleines Ver­ drehflankenspiel einstellen kann. Dies bedeutet bei der Mon­ tage einen Mehraufwand und verringert lediglich die Verdreh­ flankenspiele an zwei Eingriffen. Weiters gibt es noch Räder mit einem eingebauten Dämpferteil, der als schmäleres Zahnrad ausgeführt wird und mit einer Feder in Verdrehrichtung gegen das eigentliche Zahnrad verspannt wird (VM). Es gibt auch An­ triebe der Nockenwelle über Schubstangen (NSU).

Allen diesen Ausführungen ist der große Aufwand gemeinsam und es verbleiben trotzdem noch ungedämpfte Zahneingriffe bzw. Zahneingriffe mit nicht verkleinerten Verdrehflankenspielen, die Zähneklappern zulassen, außer bei der Ausführung mit den zwei Königswellen und den Schubstangen.

Aus der FR-PS 9 90 179 ist ein Nockenwellenantrieb der eingangs genannten Art bekannt geworden, welcher zur Verringerung des Zahnradklappergeräusches parallel zum Zahntrieb einen Riemen­ trieb mit einem vom Zahntrieb abweichenden Übersetzungsver­ hältnis aufweist. Um den Riemenverschleiß in erträglichen Grenzen zu halten, ist im Riementrieb eine Reibungskupplung vorgesehen, wodurch in nachteiliger Weise ein weiterer ver­ schleißbehafteter Bauteil vorhanden ist, welcher gewartet und ggf. ausgetauscht werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Zahnradklappergeräusch zu verringern und den Aufwand dazu gering zu halten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Abweichung des Übersetzungsverhältnisses des Riementriebes von jenem des Zahnradtriebes im Bereich von 0 bis 2% liegt. Der Nockenwellenantrieb erfolgt ausschließlich über Zahnräder, die die Position der Nockenwelle zur Kurbelwelle festlegen und über einen schlupfbehafteten Riementrieb, wobei statt Stirn­ zahnräder auch Kegelräder angewendet werden können. Der Erfin­ dung liegt somit der Gedanke zu Grunde, den Übersetzungsunter­ schied so niedrig wie möglich zu halten, um den für den Ver­ schleiß des Riemens maßgeblichen Riemenschlupf so klein zu halten, daß die Lebensdauer des Riemens ohne Verwendung einer Reibungskupplung jener des Motors angepaßt ist.

Der Riementrieb wird so ausgelegt, daß immer eine positive Kraft die Zähne zum Anliegen auf eine und dieselbe Seite zwingt. Durch die Reibung im Ventiltrieb überwiegt der posi­ tive Anteil des Antriebmomentes. Die Größenordnung dieses Mo­ mentes ist allerdings klein genug, so daß sowohl ein voreilen­ des Nockenrad als auch ein verzögertes Nockenrad den gewünsch­ ten Effekt ermöglicht.

Bei gleichzeitigem Antrieb einer Pumpendüse, z. B. überwiegt das positive Drehmoment so stark, daß der Einfluß der Ventil­ steuerung vernachlässigt werden kann. Für diese Fälle ist vor­ gesehen, daß das Übersetzungsverhältnis des Riementriebes kleiner ist als jenes des Zahnradtriebes. Hiebei eilen die Zahnräder gegenüber dem Riementrieb vor, d.h. die Übersetzung des Riementriebes gegenüber der Kurbelwelle wird nicht so wie die der Zahnräder gewählt, sondern kleiner als diese. Der Be­ trag, um den dieses Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das der Zahnräder, d.h. ins Langsame geht, wird von dem notwendi­ gen Trumkraftüberschuß bestimmt, der noch die negativen Mo­ mente an der Nockenwelle überwiegen soll. Diese nötige Trum­ kraft stellt sich durch den durch die Übereinstimmung erzwun­ genen Schlupf ein. Der Schlupf eines modernen Rippenbandes oder Poly-V-Riemens liegt normalerweise zwischen 0,5 und 1%.

Würde man die Übersetzung des Riementriebes größer, d.h. ins Schnelle wählen, müßte man eine viel größere Trumkraft auf­ bringen, um die Zahnflanken nicht abheben zu lassen. ln diesem Fall würde das Drehmoment vom Riemen übertragen, der entspre­ chend groß gewählt werden müßte. Im ersteren Fall erfolgt die Übertragung des Drehmomentes über die Zahnräder, der Riemen hält lediglich zurück und kann entsprechend klein di­ mensioniert werden.

Im Falle eines Viertaktmotors wird die Übersetzung der Zahnrä­ der 1 : 2 gewählt und die des Riementriebes kleiner als 1 : 2. Im Falle eines 2-Taktmotors beträgt die Übersetzung 1 : 1 für den Zahnradtrieb und kleiner als 1 : 1 für den Riementrieb.

Eine konstruktiv günstige Lösung wird erreicht, wenn der Rie­ mentrieb an dem dem Schwungrad gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle vorgesehen und der Zahnradtrieb an einer beliebi­ gen geeigneten Stelle der Kurbelwelle untergebracht ist. Es kann von Vorteil sein, wenn der Riementrieb von der Kurbel­ welle über ein beliebig übersetztes Zwischenrad mit einer Übersetzung ausgeführt ist, die von der Übersetzung des Zahn­ radtriebes entsprechend abweicht.

Die Erfindung wird anhand mehrerer schematisch dargestellter Beispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung und

Fig. 2 und 3 je eine Variante in gleicher Darstellung. Die Positionsnummern sind sinngemäß dieselben.

An der Kurbelwelle 1 einer Viertakt-Brennkraftmaschine befin­ den sich im Ölraum das Ritzel 2 und außerhalb die Riemen­ scheibe 3. Über die Zwischen-Zahnräder 4 und das Nockenwellen­ zahnrad 5 wird die Nockenwelle 6 mit der Übersetzung 2 : 1 ange­ trieben. Der Riemen 7 treibt die Riemenscheibe 8 an, die eben­ falls an der Nockenwelle 6 befestigt ist und eine von 2 : 1 ab­ weichende Übersetzung aufweist. Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 befinden sich die Zahnräder auf der Seite des Schwungrades 11 und der Riemen 7 auf der dem Schwungrad 11 ge­ genüberliegenden Seite. Nach Fig. 3 ist eine Riemenscheibe 9 nicht an der Kurbelwelle 1, sondern an einem Zwischenrad 4′ angebracht, das mit der Übersetzung 1 : 2 zur Kurbelwelle 1 läuft. Die Riemenscheibe 10 hat nun gegenüber 9 eine von 1 : 1 abweichende Übersetzung, wogegen das Zahnrad 5 zum Zahnrad 4′ exakt 1 : 1 übersetzt wird bzw. zur Kurbelwelle 1 exakt 2 : 1 übersetzt ist.

Claims (3)

1. Nockenwellenantrieb für eine Brennkraftmaschine mit oben­ liegender Nockenwelle, die mit Zahnrädern angetrieben ist und parallel zum Zahnradtrieb ein Riementrieb vorgesehen ist, der ein vom Zahnradtrieb abweichendes Überset­ zungsverhältnis aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung des Übersetzungsverhältnisses des Riementrie­ bes (3, 7, 8) von jenem des Zahnradtriebes (2, 4, 5) im Be­ reich von 0 bis 2% liegt.

2. Nockenwellenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Riementrieb (3, 7, 8) an dem dem Schwung­ rad (11) gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle (1) vor­ gesehen und der Zahnradtrieb (2, 4, 5) an einer beliebigen geeigneten Stelle der Kurbelwelle (1) untergebracht ist.

3. Nockenwellenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Riementrieb (9, 7, 10) von der Kur­ belwelle (1) über ein beliebig übersetztes Zwi­ schenrad (4′) mit einer Übersetzung ausgeführt ist, die von der Übersetzung des Zahnradtriebes (2, 4′, 4, 5) ent­ sprechend abweicht (Fig. 3).