DE10360069B4

DE10360069B4 - Antriebsanordnung für Nebenaggregate

Info

Publication number: DE10360069B4
Application number: DE10360069A
Authority: DE
Inventors: Yaver Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2023-12-21
Also published as: DE10360069A1

Abstract

Antriebsanordnung für Nebenaggregate einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren, in Reihe liegenden Zylindern und mit einem auf der Kurbelwelle an einer Kurbelwange zwischen zwei einander benachbarten Zylindern vorgesehenen Antriebsrad, das mit einem Umschlingungstrieb zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel (28) unmittelbar mit dem Antriebsrad (24) in Eingriff ist und zumindest zwei mit Bezug zur Zylindermittenebene (12a) seitlich und höher angeordnete Nebenaggregate (30, 32) und ein darunter liegendes Nebenaggregat (42) über deren entsprechende Abtriebsräder (34, 36, 44) antreibt, wobei die Vorderseite und die Rückseite des Umschlingungsmittels (28) Antriebsmoment übertragend in Eingriff ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für Nebenaggregate einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Antriebsanordnung beschreibt beispielsweise die US 5,732,667 A anhand einer Fünfzylinder-Brennkraftmaschine, wobei eine Kühlmittelpumpe, die Nockenwellen und ggf. weitere Nebenaggregate über ein auf einer Kurbelwange der Kurbelwelle angeordnetes Antriebszahnrad und weitere Umschlingungstriebe angetrieben sind. Das Antriebszahnrad kämmt dabei mit einem weiteren Zahnrad auf einer Zwischenwelle, welche Zwischenwelle dann über die Umschlingungstriebe (Kettentriebe) die Nebenaggregate antreibt. Durch das in die Kurbelwelle integrierte Antriebsrad der Antriebsanordnung kann die Baulänge der Brennkraftmaschine vorteilhaft verkürzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich und fertigungstechnisch einfacher herstellbar und eine noch günstigere Anordnung von für die Brennkraftmaschine funktions-relevanten Nebenaggregaten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Umschlingungsmittel unmittelbar mit dem Antriebsrad in Eingriff ist und zumindest zwei mit Bezug zur Zylindermittenebene seitlich und höher angeordnete Nebenaggregate und ein darunter liegendes Nebenaggregat über deren entsprechende Abtriebsräder antreibt, wobei die Vorderseite und die Rückseite des Umschlingungsmittels Antriebsmoment übertragend in Eingriff ist. Damit wird eine im Aufbau vereinfachte Antriebsanordnung geschaffen, die ohne Zwischenwellen und entsprechende Umlenkräder eine vorteilhafte Anordnung der Nebenaggregate ermöglicht.
Die höher angeordneten Nebenaggregate können bevorzugt gegenläufig angetriebene Ausgleichswellen sein, die insbesondere freie Massenkräfte und Massenmomente II. Ordnung der Brennkraftmaschine ausgleichen. Die Ausgleichswellen können dabei wie an sich bekannt zum Ausgleich von Drehmomenten um die Kurbelwellenmittelachse unterschiedlich hoch am Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine positioniert sein.
Besonders vorteilhaft kann ein weiteres Nebenaggregat vorgesehen sein, das oberhalb der tiefer liegenden Ausgleichswelle positioniert ist, wobei das Umschlingungsmittel S-förmig über die entsprechenden Abtriebsräder verlegt ist. Das Nebenaggregat erspart somit ein Umlenkrad, welches ansonsten zu der geforderten Gegenläufigkeit der Ausgleichswellen erforderlich wäre.
Das Umschlingungsmittel kann dabei mit seiner Rückseite über das Abtriebsrad der Ausgleichswelle und mit seiner Vorderseite über das Abtriebsrad des darüber liegenden Nebenaggregates verlaufen.
Das Umschlingungsmittel kann ferner mit seiner Rückseite über das Antriebsrad auf der Kurbelwelle und mit seiner Vorderseite über das unterhalb der Kurbelwelle liegende Abtriebsrad des Nebenaggregates und das Abtriebsrad der einen höher liegenden Ausgleichswelle verlegt sein. Daraus resultiert eine im Aufbau und fertigungstechnisch besonders einfache Konstruktion, die über nur ein Umschlingungsmittel allen Antriebsanforderungen gerecht wird.
Das unterhalb der Kurbelwelle liegende Nebenaggregat kann bevorzugt die Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine sein, die funktionell besonders günstig etwa mittig der Brennkraftmaschine positionierbar ist.
Des weiteren kann das oberhalb der tiefer angeordneten Ausgleichswelle vorgesehene Nebenaggregat die Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine sein, die durch ihre relativ zentrale Anordnung eine gleichmäßige Kühlung der Brennkraftmaschine bewirken kann.
Bei einer Antriebsanordnung an einer Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine kann besonders vorteilhaft das Antriebsrad an der dritten Kurbelwange der Kurbelwelle von der Kraftabgabeseite oder der gegenüberliegenden Seite ausgehend angeordnet sein, wobei die Nebenaggregate im wesentlichen über den beiden mittleren Zylindern der Brennkraftmaschine und damit wiederum relativ zentral positioniert sind.
Dabei können die Ausgleichswellen gewichts- und bauraumgünstig in ihrer Länge im wesentlichen die beiden mittleren Zylinder überspannen. Damit können in ausreichendem Maße die freien Massenkräfte und Massenmomente bei verringertem Bauaufwand ausgeglichen werden.
Auch die Kühlmittelpumpe kann bevorzugt derart mittig der Brennkraftmaschine angeordnet sein, dass der Kühlmittelaustritt aus dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe im wesentlichen zwischen den beiden mittleren Zylindern der Brennkraftmaschine in den darüber liegenden Zylinderkopf mündet und somit eine zentral ausgehende, gleichmäßige Durchströmung des Zylinderkopfes und des Zylindergehäuses der Brennkraftmaschine bei einer verbesserten Kühlwirkung sicherstellt.
Das Umschlingungsmittel kann bevorzugt ein laufruhiger, beidseitig gezahnter und Schmiermittel beständiger Zahnriemen sein, obwohl auch der Einsatz einer Rollenkette technisch realisierbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 einen groben Längsschnitt entlang den Zylindermittelachsen einer Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine mit dem nur teilweise ersichtlichen Zylinderkurbelgehäuse und dem integrierten Antriebsrad der Antriebsanordnung auf einer Kurbelwange der Kurbelwelle;
2 eine Ansicht auf die Antriebsanordnung gemäß der Linie II-II der 1 mit zusätzlich den Abtriebsrädern zweier Ausgleichswellen, einer Kühlmittelpumpe und einer Schmierölpumpe;
3 eine Draufsicht auf die dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandte Anschlussfläche des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine mit einer zentralen Einströmöffnung für Kühlmittel aus der Kühlmittelpumpe; und
4 eine raumbildliche Darstellung der Antriebsanordnung gemäß den 1 bis 3, mit Kurbelwelle, Ausgleichswellen und den Abtriebsrädern der Kühlmittelpumpe und der Schmierölpumpe.
In der 1 ist grob schematisch eine Vierzylinder-Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 dargestellt, mit vier Zylindern 12, die in einem entsprechenden Zylinderkurbelgehäuse (ZKG) 14 ausgebildet sind. Eine Ölwanne 16 schließt das ZKG nach unten ab.
Im ZKG 14 ist in an sich bekannter Weise eine Kurbelwelle 18 drehbar gelagert, die jeweils an die Drehzapfen 18a angeformte Kurbelwangen 18b und dazwischen liegende Hubzapfen 18c aufweist. An der Vorderseite 20 der Kurbelwelle 18 können in bekannter Weise ein Umschlingungstrieb oder ein Stirnradtrieb zum Antrieb nicht dargestellter Nockenwellen der Brennkraftmaschine 10 und ggf. ein Riementrieb zum Antrieb von weiteren Nebenaggregaten vorgesehen sein. Ferner können an der Kraftabgabeseite 22 der Kurbelwelle 18 in bekannter Weise ein Schwungrad und ggf. eine Reibungskupplung oder ein Drehmomentwandler angeschlossen sein.
Von der Vorderseite 20 der Kurbelwelle 18 her betrachtet ist an der dritten Kurbelwange 18d ein Antriebsrad 24 bzw. Zahnrad eingeformt, das ein Funktionsteil eines noch zu beschreibenden Umschlingungstriebes 26 (vgl. 2 bis 4) bildet. Zur Erzielung eines zumindest im wesentlichen gleichen Zylinderabstandes (Maß a von Zylindermittelachse 12a zu Zylindermittelachse 12a der Zylinder 12) ist die Kurbelwange 18d wesentlich schmäler als die übrigen Kurbelwangen 18b ausgeführt; ferner könnte bei Bedarf auch der dem Antriebsrad 24 unmittelbar benachbarte Drehzapfen 18a geringfügig schmäler als die übrigen innen liegenden Drehzapfen 18a der Kurbelwelle 18 gestaltet sein.
Gemäß den 2 und 4 werden über das Antriebsrad 24 auf der Kurbelwelle 18 bzw. über die Antriebsanordnung 26 mit dem beidseitig gezahnten Zahnriemen 28 als Umschlingungsmittel zwei mit Bezug zu den Zylindermittelachsen 12a höher liegende Nebenaggregate bzw. Ausgleichswellen 30, 32 über deren Abtriebsräder 34, 36, eine nur angedeutete Kühlmittelpumpe 38 über deren Abtriebsrad 40 und eine unterhalb der Kurbelwelle 18 positionierte Schmierölpumpe 42 über das Abtriebsrad 44 angetrieben. Der Zahnriemen 28 ist dabei sowohl mit seiner Vorderseite (innen liegende Zähne) als auch mit seiner Rückseite (außen liegende Zähne) Antriebsmoment übertragend wie ersichtlich und nachstehend näher ausgeführt in Eingriff.
Die zum Ausgleich freier Massenkräfte und Massenmomente II. Ordnung der Brennkraftmaschine 10 dienenden Ausgleichswellen 30, 32 sind in an sich bekannter Weise zur Vermeidung von um die Kurbelwellenachse wirkenden Kippmomenten auf die Brennkraftmaschine 10 in unterschiedlicher Höhe relativ zu den Zylindermittelachsen 12a und seitlich zu einer durch die Zylindermittelachsen 12a gebildeten Mittenebene angeordnet und überspannen in ihrer Länge etwa die zwei mittleren Zylinder 12 gemäß 1 der Brennkraftmaschine 10.
Im übrigen ist die Lagerung der Ausgleichswellen 30, 32 im ZKG 14 und die Gestaltung der Ausgleichswellen 30, 32 mit ihren Ausgleichsgewichten nicht dargestellt und kann in dem Fachmann bekannter Weise ausgeführt sein. Die Ausgleichswellen 30, 32 sind wie in der 4 ersichtlich nach ihrer Montage mit Deckeln 46, 48 abgeschlossen. Sie sind ferner mit der doppelten Kurbelwellendrehzahl und gegenläufig über die Antriebsanordnung 26 angetrieben.
Oberhalb der tiefer liegenden Ausgleichswelle 32 ist die Kühlmittelpumpe 38 mit dem Abtriebsrad 40 achsparallel derart angeordnet, dass der Zahnriemen 28 im diesem Abschnitt S-förmig verläuft. Der besagte Abschnitt beginnt mit dem Auflaufen des Zahnriemens 28 mit seiner Rückseite auf das Abtriebsrad 36 der Ausgleichswelle 32 und endet mit dem Umschlingen des Abtriebsrades 40 der Kühlmittelpumpe 38 mit der Vorderseite des Zahnriemen 28.
Der gesamte Antriebszug der Antriebsanordnung 26 bzw. des Zahnriemens 28 ist wie folgt:
Der Zahnriemen 28 verläuft etwa über 180 Grad Umschlingungswinkel und mit seiner Rückseite auf dem Antriebsrad 24 auf der Kurbelwelle 18 und treibt in Umlaufrichtung zunächst mit seiner Vorderseite das Abtriebsrad 34 der Aus gleichswelle 30 in zur Kurbelwelle 18 umgekehrter Drehrichtung und mit doppelter Drehzahl an.
In der gleichen Drehrichtung treibt der Zahnriemen 28 dann das Abtriebsrad 44 der Schmierölpumpe 42 an. Danach läuft der Zahnriemen 28 wie vorbeschrieben mit seiner Rückseite auf das Abtriebsrad 36 der Ausgleichswelle 32 auf, wodurch dieses nunmehr mit ebenfalls doppelter Kurbelwellendrehzahl, jedoch entgegengesetzter Drehrichtung zur ersten Ausgleichswelle 30 angetrieben wird.
Schließlich umschlingt der Zahnriemen 28 das Abtriebsrad 40 der Kühlmittelpumpe 38 wieder mit seiner Vorderseite, ehe er zum Antriebsrad 24 auf der Kurbelwelle 18 zurück verläuft.
Die nur angedeutete Kühlmittelpumpe 38 ist etwa mittig zwischen den Zylindern 12 des ZKG 14 so angeordnet, dass deren Kühlmittelaustritt (vgl. 2, Pfeil 50) mit dem mittig des Zylinderkopfes 52 (vgl. 3) korrespondierenden Kühlmitteleintritt 54 übereinstimmt. Dementsprechend ist gemäß 3 eine gleichmäßige, zentrale Kühlmittelversorgung des Zylinderkopfes 52 über die nur angedeuteten Kanäle 56 sichergestellt. Über den Zylinderkopf 52 werden in bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise auch Kühlmittelkanäle im ZKG 14 versorgt.
Die zentrale Anordnung trifft auch auf die Schmierölpumpe 42 zu, die ebenfalls relativ im Bereich der mittleren Zylinder 12 des ZKG 14 angeordnet ist, so dass z. B. auch deren Saugfuß 58 (vgl. 1) entsprechend zentral in der Ölwanne 16 platziert ist.
In nicht dargestellter Weise kann die Antriebsanordnung auch mit Dämpfungs- oder Spannmitteln versehen sein, die auf das Umschlingungsmittel bzw. den Zahnriemen 28 zur Aufrechterhaltung einer definierten Zugspannung und/oder zur Vermeidung von Schwingungen wirken. Anstelle des beidseitig gezahnten und Schmiermittel beständigen Zahnriemens 28 kann auch eine Rollenkette verwendet sein.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können auch andere Nebenaggregate als die beschriebenen verwendet sein, z. B. Kraftstoffpumpen, mechanische Lader, etc. Anstelle der Ausgleichswellen 30, 32 könnten auch Nockenwellen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angetrieben sein.

Claims

Antriebsanordnung für Nebenaggregate einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren, in Reihe liegenden Zylindern und mit einem auf der Kurbelwelle an einer Kurbelwange zwischen zwei einander benachbarten Zylindern vorgesehenen Antriebsrad, das mit einem Umschlingungstrieb zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel (28) unmittelbar mit dem Antriebsrad (24) in Eingriff ist und zumindest zwei mit Bezug zur Zylindermittenebene (12a) seitlich und höher angeordnete Nebenaggregate (30, 32) und ein darunter liegendes Nebenaggregat (42) über deren entsprechende Abtriebsräder (34, 36, 44) antreibt, wobei die Vorderseite und die Rückseite des Umschlingungsmittels (28) Antriebsmoment übertragend in Eingriff ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die höher angeordneten Nebenaggregate gegenläufig angetriebene Ausgleichswellen (30, 32) sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswellen (30, 32) zum Ausgleich von Drehmomenten um die Kurbelwellenmittelachse unterschiedlich hoch positioniert sind.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Nebenaggregat (38) vorgesehen ist, das oberhalb der tiefer liegenden Ausgleichswelle (32) positioniert ist, wobei das Umschlingungsmittel (28) S-förmig über die entsprechenden Abtriebsräder (36, 40) verlegt ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel (28) mit seiner Rückseite über das Abtriebsrad (36) der Ausgleichswelle (32) und mit seiner Vorderseite über das Abtriebsrad (40) des darüber liegenden Nebenaggregates (38) verläuft.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel (28) ferner mit seiner Rückseite über das Antriebsrad (24) auf der Kurbelwelle (18) und mit seiner Vorderseite über das unterhalb der Kurbelwelle (18) liegende Abtriebsrad (44) des Nebenaggregates (42) und das Abtriebsrad (34) der einen höher liegenden Ausgleichswelle (30) verlegt ist.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unterhalb der Kurbelwelle (18) liegende Nebenaggregat die Ölpumpe (42) der Brennkraftmaschine (10) ist.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oberhalb der einen Ausgleichswelle (32) vorgesehene Nebenaggregat die Kühlmittelpumpe (38) der Brennkraftmaschine (10) ist.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche an einer Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (24) an der dritten Kurbelwange (18d) der Kurbelwelle (18) von der Kraftabgabeseite (22) oder der ge genüberliegenden Seite (20) ausgehend angeordnet ist und dass die Nebenaggregate (30, 32, 38, 42) im wesentlichen über bzw. unter den beiden mittleren Zylindern (12) der Brennkraftmaschine (10) positioniert sind.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswellen (30, 32) in ihrer Länge im wesentlichen die beiden mittleren Zylinder (12) überspannen.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (38) derart mittig der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, dass der Kühlmittelaustritt (Pfeil 50) aus dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe (38) im wesentlichen zwischen den beiden mittleren Zylindern (12) der Brennkraftmaschine (10) in den darüber liegenden Zylinderkopf (52) mündet.
Antriebsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel ein beidseitig gezahnter und Schmiermittel beständiger Zahnriemen (28) ist.