DE10201932A1 - Brennkraftmaschine für ein Viertaktbrennverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Viertaktbrennverfahren mit einer von einer Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle mit Nocken, wobei auf den Nocken eine Anzahl Z Nockenerhebungen gleichmäßig über den Umfang der Nocken verteilt sind und die Kurbelwelle sich mit einer 2 È Z-fachen Drehzahl der Nockenwelle dreht. Die Anzahl Z ist ganzzahlig und mindestens 2.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Viertaktbrennverfahren mit einer Nockenwelle mit Nocken und einer Kurbelwelle.
• Es ist allgemein bekannt, dass in einer Brennkraftmaschine für ein Viertaktbrennverfahren sich die Nockenwelle zum Betätigen der Gaswechselventile und/oder der Einspritzpumpen mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht. Dadurch wird ein Viertaktbrennverfahren über zwei Kurbelwellenumdrehungen ermöglicht. Diese Übersetzung auf die halbe Drehzahl der Kurbelwelle wird durch ein Zahnradgetriebe oder, wenn die Nockenwelle im Zylinderkopf angeordnet ist, meist durch ein Umschlingungsgetriebe dargestellt. Dazu ist an der Kurbelwelle ein kleines Rad und an der Nockenwelle ein doppelt so großes Rad angeordnet. Das Umschlingungsgetriebe kann als Zahnriementrieb oder als Kettentrieb ausgeführt sein. Durch das große Rad an der Nockenwelle erreicht die Brennkraftmaschine ein große Bauhöhe.
• Aufgabe der Erfindung ist es, den Antrieb der Ventile und/oder der Einspritzpumpen reibungsärmer und mit weniger Platzbedarf darzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine Nockenwelle mit Nocken auf, worauf sich eine Anzahl Z Nockenerhebungen befinden, die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind. Um ein Viertaktbrennverfahren zu ermöglichen, muss sich die Kurbelwelle entsprechend schneller drehen, und zwar bei Z Nockenerhebungen genau mit einer Drehzahl, die 2.Z der Nockenwellendrehzahl entspricht. Die Zahl Z ist eine ganze Zahl und größer oder gleich 2. Bei der bekannten Bauform für Viertaktbrennkraftmaschinen ist Z gleich 1. Für jedes Z, das 2 oder größer ist, dreht sich die Nockenwelle langsamer. Da die Reibung sich quadratisch zur Geschwindigkeit vergrößert, ist es von Vorteil die Nockenwellendrehzahl zu verringern, und damit die Reibung im sogenannten Steuertrieb, d. h. Nockenwelle mit Antrieb, zu verringern.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 2) dreht sich die Nockenwelle mit einem Viertel der Kurbelwellendrehzahl. Auf jedem Nocken der Nockenwelle sind zwei Nockenerhebungen gleichmäßig über dem Umfang verteilt, d. h. um 180° gegeneinander verdreht. Dies ist der Fall bei Z = 2. Bei zwei Nockenerhebungen je Nocken ist es noch relativ einfach, die Erhebungen über dem Umfang zu verteilen, ohne dass sich die Anlauframpe der einen Erhebung mit der Ablauframpe der anderen Erhebung gegenseitig stören. Bei noch mehr Nockenerhebungen muss aus diesem Grunde der Grundkreis des Nockens unter Umständen vergrößert werden. Zwei Nockenerhebungen hingegen erfordern noch keinen vergrößerten Grundkreis, reduzieren aber gleichzeitig die Drehzahl der Nockenwelle um die Hälfte und damit ebenfalls die Reibung.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 3) ist zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein Getriebe mit mindestens zwei Stufen angeordnet. Durch eine zweistufige Anordnung des Getriebes ist eine platzsparende Bauweise bezüglich der Länge und der Höhe der Brennkraftmaschine einfach darstellbar, da durch ein kleines Zahnrad oder Kettenrad an der Nockenwelle die Bauhöhe der Brennkraftmaschine an einer für den Einbau der Brennkraftmaschine in ein Kraftfahrzeug entscheidenden Stelle verringert wird.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 4) ist die Übersetzung 11 einer ersten Stufe des zweistufigen Getriebes so ausgelegt, dass die Drehzahl nach der ersten Stufe ungefähr der Drehzahl der Nockenwelle entspricht. Eine zweite Stufe hat eine Übersetzung 12 von ungefähr 1. Die Gesamtübersetzung i_g = i_1.i₂ des Getriebes ist so groß, dass die Kurbelwellendrehzahl 2.Z der Nockenwellendrehzahl ist. Bei Z = 2, d. h. zwei Nockenerhebungen je Nocken, dreht sich die Kurbelwelle viermal so schnell wie die Nockenwelle. Durch die zweite Übersetzung im Getriebe, die ungefähr eins ist, wird ein kleines Zahnrad oder Kettenrad an der Nockenwelle ermöglicht, was eine niedrige Bauhöhe der Brennkraftmaschine ergibt.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 5) wird von einem Zwischenglied zwischen erster und zweiter Getriebestufe ein Nebenaggregat angetrieben. Durch die relativ niedrige Drehzahl des Zwischengliedes lassen sich Nebenaggregate, wie zum Beispiel ein Kältemittelverdichter oder eine Lenkhelfpumpe, direkt antreiben. Dadurch kann ein Riementrieb für Nebenaggregate stark vereinfacht werden oder gänzlich entfallen, wenn eine elektrische Wasserpumpe und ein sogenannter Starter-Generator vorgesehen ist.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 6) ist eine Stufe des Getriebes als Umschlingungsgetriebe vorgesehen. Wenn beispielsweise die zweite Stufe des Getriebes als Kettentrieb ausgeführt ist, verringert sich aufgrund der nahezu halbierten Kettengeschwindigkeit die Geräuschabstrahlung und die Reibung im Kettentrieb.
• Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nocken mit zwei Nockenerhebungen und
• Fig. 2 ein zweistufiges Getriebe zum Antrieb der Nockenwelle.
• In Fig. 1 ist ein Nocken 1 einer Nockenwelle 2 mit zwei Nockenerhebungen 3 im Querschnitt gezeigt. Die beiden Nockenerhebungen 3 sind um 180° gedreht auf dem Nocken 1 angeordnet. Dadurch werden pro Umdrehung der Nockenwelle 2 jeweils zweimal die nicht gezeigten Gaswechselventile betätigt. Falls zusätzlich eine Einspritzpumpe von Nocken 1 der Nockenwelle 2 angetrieben wird, erfolgt deren Betätigung ebenfalls zweimal je Umdrehung der Nockenwelle. Ein Vorteil von zwei Nockenerhebungen 3 auf einem Nocken 1 besteht darin, dass keinerlei Kräfte und Momente durch außermittige Massenverteilung im Nocken entstehen. Das bewirkt einen ruhigeren Lauf der Nockenwelle 2 und ist somit der Geräuschverringerung zuträglich.
• Fig. 2 zeigt ein zweistufiges Getriebe 4 zum Antrieb einer Nockenwelle 2 von einer Kurbelwelle 5 aus. Die Kurbelwelle 5 ist in einem nicht gezeigten Kurbelgehäuse gelagert und trägt an ihrem vorderen Ende ein erstes Zahnrad 6. Das erste Zahnrad 6 treibt ein zweites Zahnrad 7 an, das die vierfache Zähnezahl des ersten Zahnrades aufweist und daher sich mit einem Viertel der Kurbelwellendrehzahl dreht. Am zweiten Zahnrad 7 ist verdrehfest ein erstes Kettenrad 8 befestigt. Die Lagerung des zweiten Zahnrades 7 und des ersten Kettenrades 8 erfolgt zum Beispiel im nicht gezeigten Kurbelgehäuse. Vom ersten Kettenrad 8 führt eine Kette 9 zum zweiten Kettenrad 10, das die gleiche Zähnezahl wie das erste Kettenrad hat und verdrehfest auf der Nockenwelle 2 befestigt ist. Auf der Nockenwelle 2 sind die Nocken 1 mit zwei Nockenerhebungen 3 angeordnet. Durch diese zweistufige Übersetzung dreht sich die Nockenwelle 2 mit einem Viertel der Drehzahl der Kurbelwelle 5. Durch die zweifachen Nockenerhebungen 3 ist jedoch ein Viertaktbrennverfahren möglich, das sich zyklisch nach zwei Umdrehungen der Kurbelwelle wiederholt.
• Die Übersetzung ins Langsame (1 : 4) in der ersten Getriebestufe mit den Zahnrädern 6, 7 ermöglicht eine 1 : 1-Übersetzung in der zweiten Getriebestufe, wodurch sich die Kette 9 der zweiten Getriebestufe mit einer Geschwindigkeit bewegt, die nur die Hälfte der Geschwindigkeit beträgt, die bei einem üblichen Kettentrieb zur Nockenwelle herrscht. Dies und die um die Hälfte niedrigere Drehzahl der Nockenwelle 2 verringern die Reibung im Antrieb der Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine wesentlich. Da die Kette 9 langsamer läuft, braucht sie aufgrund geringerer Schwingungen nicht so stark gedämpft bzw. geführt werden, was die Reibung im Kettentrieb noch zusätzlich verringert. Gleichzeitig ist eine langsame Kette 9 leiser als eine schnelle Kette.
• Das Kettenrad 10 an der Nockenwelle 2 ist aufgrund der 1 : 1- Übersetzung der zweiten Getriebestufe mit einer sehr geringen Zähnezahl ausgeführt, und daher im Durchmesser sehr klein. Die Zähnezahl richtet sich nur nach der Mindestzähnezahl bei Kettenrädern und nach dem Mindestdurchmesser, der an der Nockenwelle 2 zur Befestigung des Kettenrades 10 notwendig ist. Durch den kleinen Raddurchmesser des Kettenrades 10 ist es möglich, eine nicht gezeigte Haube oder Abdeckung über dem Kettenrad und der Nockenwelle 2 niedrig und flach zu gestalten, wodurch sich der Umriss der Brennkraftmaschine an einer exponierten Stelle, die zum Beispiel die Kontur einer Fahrzeugmotorhaube mitbestimmt, wesentlich verkleinert.
• Das Zahnrad 7 und das Kettenrad 8 sind auf einer gemeinsamen Welle 11 im nicht gezeigten Kurbelgehäuse gelagert. Die Welle 11 treibt zusätzlich noch ein Nebenaggregat 12 an, wie zum Beispiel einen Kältemittelverdichter oder eine Lenkhelfpumpe. Aufgrund der niedrigen Drehzahl der Welle 11 (1/4 der Drehzahl der Kurbelwelle 5) ist ein direkter Antrieb des o. g. Nebenaggregates 12 möglich, d. h. ohne weitere Übersetzung. Durch Antreiben des Nebenaggregates 12, z. B. eine gekoppelte Anordnung von Kältemittelverdichter und Lenkhelfpumpe, von der Welle 11 aus ist ein einfacherer Riementrieb möglich, bzw. der Riementrieb kann gänzlich entfallen, wenn eine Wasserpumpe elektrisch angetrieben und ein Generator direkt von der Kurbelwelle 5 angetrieben wird. Dadurch wird die Baulänge der Brennkraftmaschine verkürzt. Für diese Anordnung der Welle 11 mit einem Nebenaggregat 12 ist eine seitliche Lage der Welle im Kurbelgehäuse von Vorteil.

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine für ein Viertaktbrennverfahren mit einer von einer Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle mit Nocken, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Nocken (1) ein Anzahl Z Nockenerhebungen (3) gleichmäßig über den Umfang der Nocken verteilt sind und dass die Kurbelwelle (5) sich mit einer 2.Z-fachen Drehzahl der Nockenwelle (2) dreht, wobei Z ganzzahlig und mindestens 2 ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Nocken (1) zwei Nockenerhebungen (3) gleichmäßig über den Umfang der Nocken verteilt sind und dass die Kurbelwelle (5) sich mit einem Vierfachen der Drehzahl der Nockenwelle (2) dreht.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle (5) und der Nockenwelle (2) ein mindestens zweistufiges Getriebe (4) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe des Getriebes (4) eine Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i₁ von ungefähr 1/2.Z und in einer zweiten Stufe eine Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i₂ von ungefähr 1 ausgeführt ist, so dass die Gesamtübersetzung i_g = i₁.i₂ genau 1/2.Z ergibt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Getriebe (4) ein Nebenaggregate (12) antreibendes Zwischenglied angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufe des Getriebes (4) ein Umschlingungsgetriebe ist.