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Diese Erfindung betrifft Spanner,
die in Verbindung mit Kettenantrieben für Steuerzwecke in Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden, genauer gesagt ein Dualspannersystem für ein Steuersystem,
das einen Ausgleichswellenantrieb aufweist.
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Spannvorrichtungen finden Verwendung
als Steuervorrichtung für
eine Kraftübertragungskette, wenn
sich die Kette zwischen einer Vielzahl von Kettenrädern bewegt.
Generell ist es wichtig, die Kette mit einem bestimmten Spannungsgrad
zu versehen und diesen Spannungsgrad aufrechtzuerhalten, um Geräusche oder
Schlupf zu verhindern. Die Verhinderung von Schlupf ist besonders
wichtig im Falle einer kettengetriebenen Nockenwelle einer Brennkraftmaschine,
da ein derartiger Schlupf das Steuern der Nockenwelle um diverse
Grad verändern
kann, so daß möglicherweise
Beschädigungen
verursacht werden. In der rauhen Umgebung, in der eine Brennkraftmaschine
arbeitet, kann die Kettenspannung infolge der großen Veränderungen
der Temperatur und infolge von Unterschieden zwischen den Ausdehnungskoeffizienten
der verschiedenen Teile der Brennkraftmaschine einschließlich der Kette
und des Spanners zwischen einem übermäßig hohen
oder niedrigen Niveau variieren. Die von der Nockenwelle und der
Kurbelwelle induzierten Torsionsvibrationen bewirken eine beträchtliche
Veränderung
der Kettenspannung. Diese Spannungsveränderung führt zu einer Auslängung der
Kette. Darüber
hinaus kann ein Verschleiß der
Kettenkomponenten während
eines langen Gebrauchs zu einer Auslängung der Kette führen, die
einen Abfall der Spannung der Kette mit sich bringt.
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Bei herkömmlichen Motorsteuersystemen
ist ein Spannerarm zusammen mit einem hydraulischen Spanner auf
der durchhängenden
Seite der Steuerkette angeordnet, und eine Kettenführung befindet sich
auf der straffen Seite der Kette. Ein Beispiel eines derartigen
herkömmlichen
Systems ist in 1 gezeigt.
Der Motor besitzt zwei separate Zylinderreihen, die jeweils in entsprechender
Weise funktionieren. Jede Zylinderreihe hat ihre eigene Nockenwelle 4,5 und
Nockenwellenkettenräder 6,7.
Die Nockenwellenkettenräder
sind über
Endlossteuerketten 8,9, die um die Nockenwellenkettenräder 6,7 und
Kurbelwellenkettenräder 3,3a gewunden
sind, mit der Kurbelwelle 2 verbunden und werden von dieser
angetrieben.
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Der Motor besitzt eine einzige Kurbelwelle, jedoch
zwei Kurbelwellenkettenräder 3,3a.
Ein Kettenrad 3a ist in 1 hinter
dem anderen Kettenrad angeordnet. Eine Steuerkette ist um die Kettenräder 3,6 gewunden,
während
die andere Steuerkette um die Kettenräder 3a,7 gewunden
ist. Der in 1 dargestellte
Pfeil gibt die Drehrichtung der Kurbelwelle 2 wieder.
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Spannerarme 10,20,
die zum Spannen der Ketten dienen, und Kettenführungen 30,40,
die zum Regulieren und Steuern der Laufposition der Steuerketten
dienen, sind auf der durchhängenden
Seite und der straffen Seite der Steuerketten angeordnet. Die Spannerarme
umfassen einen Hauptabschnitt 11 und ein Schuh 12,
der aus Gummi, Harz oder Nylon hergestellt ist. Die Schuhe sind
am Hauptabschnitt 11 auf der Kettenkontaktseite eines jeden
Spannerarmes 10,20 montiert. Ein Bolzen 13,
der ein drehbares Lager für
den Hauptabschnitt 11 bildet, ist in das in einem Ende
des Hauptabschnitts 11 ausgebildete Loch eingesetzt. Der
Bolzen ist an der Seitenwand des Motors fixiert. Der hydraulische
Spanner 15 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite (freies
Ende) des Hauptabschnitts 11, und dessen Kolben 15a preßt den Hauptabschnitt
zur Kettenkontaktseite hin.
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Entsprechend den Spannerarmen 10,20 umfassen
die Kettenführungen 30,40 einen
Hauptabschnitt 31, der in herkömmlicher Weise beispielsweise
als Aluminiumdruckgußteil
ausgebildet ist, und Schuhe 32 aus Gummi, Harz oder Nylon.
Die Schuhe 32 sind an der Kettenkontaktseite des Hauptabschnitts 31 der
Führung
montiert. Dieser Hauptabschnitt ist über Bolzen 33, die
in die Löcher
an beiden Enden eingesetzt sind, an der Motorseitenwand fixiert.
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2 zeigt
die Verwendung von Spannern und Kettenführungen bei einem anderen Motortyp, insbesondere
dem Steuersystem eines Reihenmotors mit zwei obenliegenden Nockenwellen.
Gemäß 2 ist die Kurbelwelle 80 am
Antriebskettenrad 83 befestigt, und die Nockenwellen 81 und 82 sind
an den angetriebenen Kettenrädern 84,85 befestigt.
Die Steuerkette 86 ist um das Antriebskettenrad 83 und die
angetriebenen Kettenräder 84,85 gewunden.
Der Spannerarm 87 und der Spanner 88 sind auf
der durchhängenden
Seite der Steuerkette 86 angeordnet, und die Kettenführung 89 befindet
sich auf der straffen Seite der Steuerkette 86. Dieser
Spannerarm 87, dieser Spanner 88 und diese Kettenführung 89 entsprechen
dem Spannerarm 10, Spanner 15 und der Kettenführung 40 der 1.
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Eine Kettenführung 90 zur Führung der
Steuerkette ist zwischen den angetriebenen Kettenrädern 84,85 angeordnet.
Eine Öffnung 91 sorgt
für eine Schmierung
der Kette und betrifft nicht die vorliegende Erfindung.
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Die 3 zeigt
die Verwendung von Spannern und Kettenführungen bei einem herkömmlichen Motorsteuersystem,
das einen Ausgleichswellenantrieb aufweist. Dieses Steuersystem
ist in der US-A-5 720 682 beschrieben, die den nächstkommenden Stand der Technik
bildet. Gemäß 3 ist eine Ausgleichskette 100 um
die angetriebenen Kettenräder 97,98 auf
den Ausgleichswellen 95 und 96 und das Antriebskettenrad 99 herum
angeordnet. Der Spannerarm 101 und der Spanner 102 sind
auf der durchhängenden
Seite der Ausgleichskette 100 angeordnet, und die Kettenführung 103 befindet
sich auf der straffen Seite der Ausgleichskette 100. Eine
Kettenführung 104 zur
Führung
der Ausgleichskette 100 ist ebenfalls zwischen den angetriebenen
Kettenrädern 97,98 angeordnet. Öffnungen 105,106 in
der Kettenführung 104 betreffen
die Abgabe von Öl
vom Spanner und haben nichts mit der vorliegenden Erfindung zutun.
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Die vorliegenden Erfindung betrifft
eine Modifikation des Ausgleichswellenantriebssystems der 3. Bei derartigen Ausgleichswellenantriebssystemen
findet typischerweise nur ein einziger Spanner, der als Spanner 102 und 101 gezeigt
ist, im Antriebssystem Verwendung. Bei einem derartigen System,
das mit großen
Kurbelwellen-Torsionsbelastungen und Vibrationen verbunden ist,
bewirken jedoch die Torsionsvibrationen, das sich die Ausgleichswellen
im Uhrzeigersinn und dann gegen den Uhrzeigersinn drehen (relativ
zur Drehung des Systems im Uhrzeigersinn). Ein Beispiel eines Systems,
daß diese
hohen Torsionsbeanspruchungen aufweist, ist ein Zwillingszylindermotor.
Ein anderes Anwendungsbeispiel, das aus diesem System Nutzen zieht,
ist ein Mehrzylinder-Reihendieselmotor.
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Im Stand der Technik, beispielsweise
der US-A-5 159 904, DE-A-3 939 821, US-A-2 129 107 und GB-A-861
741, sind Kettenantriebssysteme beschrieben, bei denen Spanner angeordnet
sind, um auf Abschnitte einer Kette einzuwirken, die sich in Richtung
auf ein Antriebskettenrad und von diesem wegbewegt. Keine dieser
Veröffentlichungen
befaßt sich
jedoch mit dem Problem einer Reduzierung des Aufpralls von Kurbelwellentorsionsvibrationen
auf die Ausgleichswellen in einem Motorsteuersystem.
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Die vorliegende Erfindung löst dieses
Problem und sieht als Lösung
ein Motorsteuersystem vor, das umfaßt: Eine Reihe von Wellen einschließlich einer
Kurbelwelle, einer ersten Nockenwelle und einer ersten Ausgleichswelle,
wobei die Kurbelwelle ein erstes daran montiertes Kurbelwellenketten rad aufweist,
die erste Nockenwelle ein erstes daran montiertes erstes Nockenwellenkettenrad
umfaßt und
eine erste Endlossteuerkette um das erste Kurbelwellenkettenrad
und das Nockenwellenkettenrad gewunden ist, um eine Antriebsverbindung
hierzwischen herzustellen, die Kurbelwelle ein zweites daran montiertes
Kurbelwellenkettenrad aufweist, die erste Ausgleichswelle ein erstes
daran montiertes Ausgleichswellenkettenrad umfaßt und eine zweite Endlossteuerkette
um das zweite Kurbelwellenkettenrad und das erste Ausgleichswellenkettenrad
gewunden ist, um eine Antriebsverbindung hierzwischen vorzusehen,
und das zweite Kurbelwellenkettenrad eine erste Seite besitzt, auf
der sich die zweite Steuerkette in Richtung auf das zweite Kurbelwellenkettenrad
bewegt, und das zweite Kurbelwellenkettenrad eine zweite Seite umfaßt, auf
der sich die zweite Steuerkette vom zweiten Kurbelwellenkettenrad
wegbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und zweiter hydraulischer
Spanner vorgesehen sind, wobei der erste hydraulische Spanner einen
ersten zugeordneten Spannerarm aufweist, der zweite hydraulische
Spanner einen zweiten zugeordneten Spannerarm besitzt und der erste
und zweite Spannerarm in Richtung der zweiten Steuerkette vorgespannt
sind, um eine Spannung gegen die zweite Steuerkette auszuüben, der
erste Spanner und Spannerarm entlang der zweiten Kette entlang der ersten
Seite des zweiten Kurbelwellenkettenrades zwischen dem zweiten Kurbelwellenkettenrad
und dem ersten Ausgleichswellenkettenrad angeordnet sind und der
zweite Spanner und Spannerarm entlang der zweiten Kette entlang
der zweiten Seite des zweiten Kurbelwellenkettenrades angeordnet
sind, wodurch eine Auslängung
der zweiten Steuerkette gleichzeitig in jedem der beiden unterschiedlichen Kettenstränge auf
der ersten und zweiten Seite des zweiten Kurbelwellenkettenrades
behandelt wird.
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Bei einem Motorsteuersystem gemäß der Erfindung,
das einen Spanner besitzt, der auf jeder Seite der Kurbelwelle zwischen
dem Kurbelwellenkettenrad und jedem der beiden Ausgleichkettenräder angeordnet
ist, wird, wenn sich die Kurbelwelle versucht im Uhrzeigersinn zu
drehen, das Spiel bzw. der Durchhang der Kette durch einen der Spanner
minimiert oder reduziert, und wenn sich die Kurbelwelle versucht,
sich infolge von Torsionsvibrationen gegen den Uhrzeigersinn (relativ
zum System) zu drehen, minimiert oder reduziert der Spanner auf
der anderen Seite der Kurbelwelle das in der Kette erzeugte Spiel bzw.
den in der Kette erzeugten Durchhang.
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Das Paar der Spanner findet Verwendung, um
die Bewegung der Kurbelwelle vom restlichen Teil des Ausgleichsantriebes
zu isolieren. Durch die Verwendung von mehreren Spannern können die
durch die Geschwindigkeit und Torsionen verursachten Erregungen
der Kurbelwelle unabhängig
vom restlichen Teil des Systems schwanken.
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Das Steuersystem der vorliegenden
Erfindung findet speziell Anwendung bei Steuerantrieben, die kurze
Mittendistanzen zwischen den Ausgleichswellen besitzen. Ferner muß in Ausgleichswellenantrieben
die Kette oft um die Rückseite
eines Kettenrades benachbart zu einem anderen Kettenrad geführt sein.
Das vorliegende System trägt
zur Handhabung der großen
Beträge
eines Kettenverschleißes
oder einer Kettenauslängung
bei, die in einer Kette mit einer kurzen Spannweite auftreten können, und
handhabt diese Auslängung
in jedem der beiden unterschiedlichen Kettenstränge gleichzeitig.
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Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung
der Zeichnungen. Von diesen zeigen
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1 eine
Seitenansicht eines Spannsystems des Standes der Technik, wobei
ein Steuersystem für
einen V-Motor mit
Spannern und Kettenführungen
auf jeder von zwei Ketten dargestellt ist;
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2 eine
Seitenansicht eines Spannsystems des Standes der Technik, wobei
ein Steuersystem für
einen Motor mit zwei oben liegenden Nockenwellen dargestellt ist;
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3 eine
Seitenansicht eines Spannsystems des Standes der Technik, wobei
ein Steuersystem für
einen Motor mit einem Ausgleichswellenantrieb dargestellt ist;
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4 eine
schematische Seitenansicht des Spannsystems der vorliegenden Erfindung
in einem Ausgleichs-Wellenantrieb;
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5 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Spannsystems
der vorliegenden Erfindung in einem Ausgleichswellenantrieb;
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6 eine
schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Spannsystems
der vorliegenden Erfindung in einem Ausgleichswellenantrieb;
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7 eine
schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Spannsystems
der vorliegenden Erfindung in einem Ausgleichswellenantrieb; und
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8 eine
schematische Seitenansicht einer fünften Ausführungsform des Spannsystems
der vorliegenden Erfindung in einem Ausgleichswellenantrieb.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Spannsystems in einem Ausgleichswellenantrieb eines Motorsteuersystems. 3 zeigt einen Ausgleichswellenantrieb
in einem Motorsteuersystem des Standes der Technik, bei dem ein
einziger Spanner 102 und Spannerarm 101 im Ausgleichswellenantrieb
Verwendung finden. Im System der vorliegenden Erfindung, das in 4 gezeigt ist, umfaßt das Ausgleichswellenantriebsspannsystem
ein Paar von Spannern mit zugehörigen
Spannerarmen.
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Gemäß 4 wird die Ausgleichswellenkette 200 von
einem Kurbelwellenkettenrad 299 angetrieben, das auf einer
Kurbelwelle 280 montiert ist. Die Kette 200 ist
um Ausgleichswellenkettenräder 297,298 gewunden,
die auf Ausgleichswellen 295 und 296 angeordnet
sind. Ein erster Spanner 202 mit zugehörigem Spannerarm 201 ist
zwischen dem Kurbelwellenkettenrad 299 und einem Ausgleichswellenkettenrad 297 angeordnet.
Ein zweiter Spanner 210 mit zugehörigem Spannerarm
212 ist
zwischen dem Kurbelwellenrad 299 und dem anderen Ausgleichswellenkettenrad 298 angeordnet.
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Jeder Spannerarm wird um einen Schwenkpunkt,
der vom Kurbelwellenkettenrad entfernt angeordnet ist, verschwenkt.
Mit anderen Worten, der Spannerarm 210 wird am Schwenkpunkt 220 verschwenkt,
während
der Spannerarm 212 am Schwenkpunkt 222 verschwenkt
wird. Auf diese Weise isolieren die Spannerarme 201,212 und
Spanner 202,210 das Kurbelwellenkettenrad gegenüber dem System
und sehen eine Regulierung der Spanner für jede Spanne der Kette zwischen
der Kurbelwelle und den Ausgleichswellen vor, und zwar unabhängig von der
Richtung der Relativdrehung des Kurbelwellenkettenrades.
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Bei einer anderen Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist,
wird jeder Spannerarm um einen Schwenkpunkt verschwenkt, der in
der Nähe
des Kurbelwellenkettenrades angeordnet ist. Wie in 4 gezeigt, werden somit die Spannerarme 201,212 an
den Schwenkpunkten 220,222 verschwenkt. Der Unterschied
in 5 betrifft die Orientierung
der Schwenkpunkte 220,222, die in der Nähe des Kurbelwellenkettenrades 299 angeordnet
sind. Die Spanner 202,210, die zwischen den Schwenkpunkten 220,222 und
den Ausgleichswellenkettenrädern 297,298 angeordnet
sind, sind an Spannerarmen 201,212 gelagert.
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Bei einer anderen Ausführungsform,
die in 6 gezeigt ist,
kann ein Paar von Spannern und Spannerarmen am Außenabschnitt
der Kette angeordnet sein. Während
das Kurbelwellenkettenrad außerhalb
der Schleife der Endloskette in 4 und 5 gezeigt ist, kann das
Kurbelwellenketten rad auch innerhalb der Schleife der Endloskette
angeordnet sein. Somit ist die Ausgleichskette 100 um die
Außenseite
von angetriebenen Kettenrädern 97,98,
die auf Ausgleichswellen 95 und 96 angeordnet
sind, und des Antriebskettenrades 99 herum angeordnet.
Der Spannerarm 101 und Spanner 102 sind auf der
Außenseite
der Ausgleichskette 100 an einer ersten Seite des Kurbelwellenkettenrades 99 angeordnet, während der
Spannerarm 109 und der Spanner 105 auf der Außenseite
der Ausgleichskette 100 auf einer zweiten Seite des Kurbelwellenkettenrades 99 angeordnet
sind. Beide Spannereinheiten besitzen einen Spannerarm und einen
zugehörigen
Spanner und sind zwischen dem Kurbelwellenkettenrad und einem entsprechenden
Ausleichswellenkettenrad angeordnet.
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Eine Kettenführung, wie bei 104 in 6 gezeigt, kann entlang
der Seite der Ausgleichswellenkette, die die Distanz zwischen jeder
Ausgleichwelle überspannt,
verwendet werden.
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Bei einer anderen in 7 gezeigten Ausführungsform ist das Paar der
Spannersysteme innerhalb der Schleife der in 4 gezeigten Endloskette angeordnet. Das
Kurbelwellenkettenrad 299 ist jedoch ebenfalls innerhalb
der Schleife der Endloskette 200 vorgesehen. Bei einer
anderen in 8 gezeigten
Ausführungsform
sind sowohl das Paar der Spannersysteme als auch das Kurbelwellenkettenrad
außerhalb
der Schleife der Endloskette angeordnet.
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Ein herkömmlicher hydraulischer Spanner des
Standes der Technik, der bei dem System der vorliegenden Erfindung
Verwendung finden kann, ist in der
US-PS
5 346 436 gezeigt.
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Auf die Veröffentlichung wird hinsichtlich
weiterer Einzelheiten Bezug genommen. Der hydraulische Spanner besitzt
einen Kolben, der sich nach oben erstreckt, um einen Druck auf das
freie Ende des Spannerarmes auszuüben. Der Spanner besitzt typischerweise
ein Gehäuse
mit einer mittleren Bohrung, die mit dem Inneren des Kolbens eine
Strömungsmittelkammer
bildet. Diese Strömungsmittelkammer
wird mit Strömungsmittel
durch einen Kanal von einer Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels
versorgt. Die Strömungsmittelquelle kann
eine Ölpumpe
oder ein Speicher sein. Strömungsmittel
fließt
in die Strömungsmittelkammer durch
ein Rückschlagventil.
Rückschlagventile
sind auf dem Gebiet von derartigen Spannern bekannt.
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Eine Feder kontaktiert in typischer
Weise das Innere des Kolbens, wodurch der Kolben in einer von der
Gehäusebohrung
vorstehenden Richtung oder Auswärtsrichtung
vorgespannt oder axial bewegt wird. Das obere Ende des Kolbens kontaktiert
den Arm, um auf diesen eine Spannung aufzubringen, wodurch wiederum
eine Spannung auf den Kettenstrang aufgebracht wird.
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In Betrieb wird beim Start der Kolben
des hydraulischen Spanners durch die Feder nach außen vorgespannt,
wodurch das Rückschlagventil
geöffnet wird,
so daß Strömungsmittel
in die Strömungsmittelkammer
eindringen kann. Beim Spannen der Kette wird die einwärts gerichtete
Kraft der Kette durch die Widerstandskraft der Feder und das Hydraulikmittel, das
die Kammer füllt,
ausgeglichen. Wenn die Kräfte relativ
ausgeglichen sind, schließt
das Rückschlagventil,
so daß kein
weiteres Strömungsmittel
in die Kammer eindrin gen kann. Der Kolben wirkt nach außen gegen
die Mitte oder das freie Ende des Spannerarmes. Der Spannerarm schwenkt
um den Schwenkpunkt und bewegt sich durch die Kraft des Kol- bens
nach außen.
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Für
den Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung richtet, sind
Modifikationen und andere Ausführungsformen
unter Anwendung der Prinzipien dieser Erfindung möglich, ohne
von deren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen, die durch die nachfolgenden
Patentansprüche
und nicht durch die vorstehende Beschreibung festgelegt werden.