AT513113B1

AT513113B1 - Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT513113B1
Application number: ATA50240/2012A
Authority: AT
Inventors: Ing Maier Gerhard; Kögl René; Ing Zapf Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2017-03-15
Also published as: AT513113A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Großdieselbrennkraftmaschine, mit zumindest einem äußeren Nockenwellenteil (3) und zumindest einem mit diesem drehfest verbundenen ersten Nocken (7) und zumindest einem inneren Nockenwellenteil (4) mit zumindest einem mit diesem drehfest verbundenen zweiten Nocken (9), wobei der innere Nockenwellenteil (4) innerhalb des hohl ausgeführten äußeren Nockenwellenteils (3) angeordnet ist und die beiden Nockenwellenteile (4, 3) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei zumindest zwei äußere Nockenwellenteile (3) axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum (16) definieren, in welchem zumindest ein relativ zu den äußeren Nockenwellenteilen (3) drehbarer und mit zumindest einem inneren Nockenwellenteil (4) drehfest verbundener zweiter Nocken (9) angeordnet ist. Um eine optimalen Verbrennungsablauf unter Inanspruchnahme von möglichst wenig Bauraum zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass zumindest zwei innere Nockenwellenteile (4) axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum (16) definieren, in welchem der zweite Nocken (9) angeordnet ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Großdieselbrennkraftmaschine, mit zumindest einem äußeren Nockenwellenteil und zumindest einem mit diesem drehtest verbundenen ersten Nocken und zumindest einem inneren Nockenwellenteil mit zumindest einem mit diesem drehtest verbundenen zweiten Nocken, wobei der innere Nockenwellenteil innerhalb des hohl ausgeführten äußeren Nockenwellenteils angeordnet ist und die beiden Nockenwellenteile relativ zueinander verdrehbar sind, wobei zumindest zwei äußere Nockenwellenteile axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehtest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum definieren, in welchem zumindest ein relativ zu den äußeren Nockenwellenteilen drehbarer und mit zumindest einem inneren Nockenwellenteil drehtest verbundener zweiter Nocken angeordnet ist.

[0002] Es sind bei Großmotoren-Lösungen bekannt, die auf eine Verstellung der Ventilsteuerzeit der Einlassnockenwelle oder Einlassventile ausgerichtet sind. Außerdem sind Systeme bekannt, bei denen sowohl die Einlassnockenwelle, als auch die Auslassnockenwelle, zum Beispiel bei Motoren mit zwei Nockenwellen, verstellt werden kann, um einen optimalen Verbrennungsablauf zu erzielen. Diese Lösungen erfordern allerdings viel Bauraum.

[0003] Aus den Druckschriften US 7,841,311 A, WO 08/075 094 A1, DE 10 2006 041 918 A1, DE 10 2006 028 611 A1, DE 10 2005 039 751 A1, EP 1 696 107 A1, DE 10 2004 056 191 A1, DE 197 57 504 A1 und DE 362 48 27 A1 sind konzentrisch ineinander angeordnete Nockenwellen für Ein- und Auslassnocken bekannt, deren Winkellagen unabhängig voneinander verstellt werden können.

[0004] Diese bekannten Lösungen eignen sich vor allem für Landfahrzeuge, aber nicht für Großmotoren.

[0005] Die US 5,664,463 A offenbart eine Nockenwelle mit hohl ausgeführten äußeren Nockenwellenteilen mit ersten Nocken, innerhalb welchen ein innerer Nockenwellenteil mit zweiten Nocken angeordnet ist. Die zweiten Nocken des inneren Nockenwellenteiles weisen axial geöffnete kreissektorförmige Schlitze auf, in welchen axiale Finger des äußeren Nockenwellenteiles eingreifen. Innerer und äußerer Nockenwellenteile können relativ zueinander verdreht werden.

[0006] In der DE 10 2009 012 141 A1 ist eine Nockenwelle mit einer äußeren Welle und einer inneren Welle beschrieben, welche innerhalb der hohl ausgeführten äußeren Welle angeordnet ist. Die äußere Welle weist voneinander beabstandete Nockenelemente auf, wobei zwischen zwei Nockenelementen der äußeren Nockenwelle ein mit der inneren Nockenwelle verbundenes Nockenwellenelement angeordnet ist. Innere und äußere Nockenwelle sind relativ zueinander verdrehbar.

[0007] Weitere konzentrisch ineinander angeordnete Nockenwellen für Ein- und Auslassnocken, deren Winkellagen unabhängig voneinander verstellt werden können, sind aus der DE 37 13 646 A1 und der DE 43 32 868 A1 bekannt.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art einen optimalen Verbrennungsablauf unter Inanspruchnahme von möglichst wenig Bauraum zu ermöglichen.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest zwei innere Nockenwellenteile axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum definieren, in welchem der zweite Nocken angeordnet ist.

[0010] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der äußere Nockenwellenteil und der innere Nockenwellenteil ein Nockenwellensegment bilden, wobei zumindest zwei Nockenwellensegmente in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.

[0011] Dabei können die äußeren Nockenwellenteile von zumindest zwei axial benachbarten Nockenwellensegmenten über zumindest ein axiales erstes Verbindungselement miteinander drehtest verbunden sind.

[0012] Das erste Verbindungselement kann beispielsweise ein Verbindungsstift oder dergleichen sein, welcher in axiale Sackbohrungen im Wandbereich der äußeren Nockenwellenteile eingepresst ist. Vorzugsweise werden mehrere in einem Kreisringbereich des äußeren Nockenwellensegmentes liegende und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte erste Verbindungselemente eingesetzt.

[0013] Die benachbarten äußeren Nockenwellenteile können axial voneinander beabstandet sein und einen Zwischenraum definieren, in welchem zumindest ein relativ zu den äußeren Nockenwellenteilen drehbarer zweiter Nocken des inneren Nockenwellenteils angeordnet ist. Alle ersten Verbindungselemente durchdringen den zweiten Nocken axial. Der zweite Nocken weist zumindest eine vorzugsweise als Langloch ausgebildete Öffnung pro erstem Verbindungselement auf, wobei das erste Verbindungselement in Richtung eines Kreisbogens um die Nockenwellenachse ein die relative Verdrehbarkeit der äußeren und inneren Nockenwellenteile definierendes Spiel zur Öffnung aufweist.

[0014] Weiters kann vorgesehen sein, dass auch die inneren Nockenwellenteile von zumindest zwei axial benachbarten Nockenwellensegmenten über zumindest ein axiales zweites Verbindungselement miteinander drehfest verbunden sind.

[0015] Das zweite Verbindungselement kann durch einen Positionierstift zwischen den inneren Nockenwellenteilen und dem zweiten Nocken und/oder eine Verschraubung zwischen den benachbarten inneren Nockenwellenteilen gebildet sein.

[0016] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei benachbarte innere Nockenwellenteile hohl ausgebildet sind, wobei vorzugsweise zumindest ein zweites Verbindungselement, besonders vorzugsweise die Verschraubung, innerhalb der Nockenwellenteile angeordnet ist und die beiden inneren Nockenwellenteile fest verbindet.

[0017] Zumindest ein innerer Nockenwellenteil ist vorteilhafterweise innerhalb zumindest eines äußeren Nockenwellenteiles drehbar gelagert.

[0018] Die relative Verdrehung der Winkellagen der inneren und äußeren Nockenwellenteile zueinander kann durch angeflanschte elektrische, elektrohydraulische oder hydraulische Pha-senversteller erfolgen. Phasenverstellung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Ein- und Auslassnocken jeweils in Ihrer Phasenlage gegeneinander verdreht werden, die jeweilige Öffnungsdauer der Ventile und der Ventilhub aber unverändert bleiben.

[0019] Pro Zylinder weist die Nockenwelle zumindest ein Nockenwellensegment auf, wobei vorzugsweise pro Nockenwellensegment zumindest ein erster Nocken und vorzugsweise zumindest ein zweiter Nocken vorgesehen ist.

[0020] Die beschriebene Ausbildung ermöglicht auch den Einsatz bei Großdieselbrennkraftmaschinen, wodurch auf sehr kompakte Weise eine flexible Verstellung der Ein- und Auslassnocken unabhängig voneinander möglich wird, ohne dass zusätzliche Exzenterwellen notwendig werden. Weiters ist keine zusätzliche Bearbeitung im Kurbelgehäuse oder im Zylinderkopf erforderlich. Die gesamte Nockenwelle lässt sich auch außerhalb der Brennkraftmaschine vormontieren und als Einheit in die Brennkraftmaschine einbauen.

[0021] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.

[0022] Es zeigen: [0023] Fig. 1 ein Detail einer erfindungsgemäßen Nockenwelle in einem Längsschnitt gemäß der Linie l-l in Fig.2, [0024] Fig. 2 die Nockenwelle in einem Schnitt gemäß der Linie Fig. Il-Il in Fig. 1 und [0025] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer Ansicht.

[0026] Die Nockenwelle 1 besteht aus Nockenwellensegmenten 2, deren Anzahl sich je nach

Zylinderzahl zusammensetzen können. Die Nockenwellenachse ist mit 1a bezeichnet. Ein Nockenwellensegment 2 besteht, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einem äußeren Nockenwellenteil 3 und einem inneren Nockenwellenteil 4. Die axial benachbarten äußeren Nockenwellenteile 3 sind jeweils miteinander drehtest über erste Verbindungselemente 5, beispielsweise eingepresste Verbindungsstifte 5a, miteinander drehtest verbunden und bilden eine äußere Nockenwelle 11 mit ersten Nocken 7. Die axial benachbarten inneren Nockenwellenteile 4 sind ebenfalls miteinander über zweite Verbindungselemente 8, nämlich Positionierstifte 8a und Verschraubung 8b, drehtest miteinander verbunden und bilden zusammen mit zweiten Nocken 9 eine innere Nockenwelle 10. Zwischen benachbarte äußere Nockenwellenteile 3 und benachbarte innere Nockenwellenteile 4 ist jeweils ein Zwischenraum 16, 17 zur Aufnahme eines den zweiten Nocken 9 bildenden Nockensegmentes 9a ausgebildet.

[0027] Die äußere Nockenwelle 11 besteht im Wesentlichen aus einem Rohrstück 12 , an dessen äußerem Mantel 12a zumindest ein erster Nocken 7 angeordnet oder angeformt ist, und einem Rohrstück 14 mit Lagerflansch 15. Die Verbindung von benachbarten äußeren Nockenwellenteilen 3 wird durch erste Verbindungselemente 5, im vorliegenden Fall eingepresste Verbindungsstifte 5a geschaffen, die durch als Langlöcher 18 ausgebildete Öffnungen 19 des zweiten Nockens 9 reichen und ein unabhängiges Verdrehen der äußeren und der inneren Nockenwelle 11,10 ermöglichen.

[0028] Bei der inneren Nockenwelle 10 wird zwischen innere Nockenwellenteile 4 bildenden Rohrstücken 20 der als Nockensegment 9a ausgebildete zweite Nocken 9 positioniert und die inneren Nockenwellenteile 4 über die Verschraubung 8b miteinander drehfest verbunden.

[0029] Der innere Nockenwellenteil 4 stützt sich über die Führungsbuchse 21 im äußeren Nockenwellenteil 3 im Bereich der Nockenwellenlagerung 22 des Kurbelgehäuses 23 ab. Der Antrieb der montierten Nockenwelle 1 kann über Zahnräder 24, Kette oder Riemen erfolgen. Über Rollen 25 von beispielsweise Schlepphebel oder Stößel wird die Nockenerhebung auf nicht weiter dargestellte Ventiltriebsteile zur Betätigung der Ventile übertragen. Die äußere Nockenwelle 11 sowie die innere Nockenwelle 10 können durch angeflanschte elektrische, hydraulische oder elektro-hydraulische Phasensteller 25, 26 in ihrer Winkellage zueinander verstellt werden.

[0030] Der Vorteil dieser Bauweise ist neben der flexiblen Verstellbarkeit der ersten und zweiten Nocken 7, 9, welche Ein- und Auslassnocken bilden, die kompakte Bauweise. Es müssen keine zusätzlichen Exzenterwellen betätigt werden, es ist keine zusätzliche Bearbeitung im Kurbelgehäuse 23 oder Zylinderkopf erforderlich. Die gesamte Nockenwelle 1 lässt sich außerhalb des Motors vormontieren und als gesamte Einheit in das Aggregat einbauen.

Claims

Patentansprüche

1. Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Großdieselbrennkraftmaschine, mit zumindest einem äußeren Nockenwellenteil (3) und zumindest einem mit diesem drehfest verbundenen ersten Nocken (7) und zumindest einem inneren Nockenwellenteil (4) mit zumindest einem mit diesem drehfest verbundenen zweiten Nocken (9), wobei der innere Nockenwellenteil (4) innerhalb des hohl ausgeführten äußeren Nockenwellenteils (3) angeordnet ist und die beiden Nockenwellenteile (4, 3) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei zumindest zwei äußere Nockenwellenteile (3) axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum (16) definieren, in welchem zumindest ein relativ zu den äußeren Nockenwellenteilen (3) drehbarer und mit zumindest einem inneren Nockenwellenteil (4) drehfest verbundener zweiter Nocken (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei innere Nockenwellenteile (4) axial beabstandet hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind und einen Zwischenraum (16) definieren, in welchem der zweite Nocken (9) angeordnet ist.
2. Nockenwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Nockenwellenteil (3) und der innere Nockenwellenteil (4) ein Nockenwellensegment (2) bilden, wobei zumindest zwei Nockenwellensegmente (2) in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.
3. Nockenwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Nockenwellenteile (3) von zumindest zwei axial benachbarten Nockenwellensegmenten (2) über zumindest ein axiales erstes Verbindungselement (5) miteinander drehfest verbunden sind.
4. Nockenwelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (5) durch jeweils zumindest einen Verbindungsstift (5a) gebildet ist.
5. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nockenwellenteile (4) von zumindest zwei axial benachbarten Nockenwellensegmenten (2) über zumindest ein axiales zweites Verbindungselement (8) miteinander drehtest verbunden sind.
6. Nockenwelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Verbindungselement (8) durch zumindest einen Positionierstift (8a) gebildet ist.
7. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Verbindungselement (8) durch zumindest eine die inneren Nockenwellenteile (4) axial verbindende Verschraubung (8b) gebildet ist.
8. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte innere Nockenwellenteile (4) hohl ausgebildet sind, wobei vorzugsweise zumindest ein zweites Verbindungselement (8), besonders vorzugsweise die Verschraubung (8b), innerhalb der benachbarten inneren Nockenwellenteile (4) angeordnet ist.
9. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (5) den zweiten Nocken (9) axial durchdringt.
10. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nocken (9) zumindest eine vorzugsweise als Langloch (18) ausgebildete Öffnung (19) aufweist, wobei das erste Verbindungselement (5) in Richtung eines Kreisbogens um die Nockenwellenachse (1a) ein die relative Verdrehbarkeit der äußeren und inneren Nockenwellenteile (3, 4) definierendes Spiel zur Öffnung (19) aufweist.
11. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein innerer Nockenwellenteil (4) innerhalb zumindest eines äußeren Nockenwellenteils (3) drehbar gelagert ist.
12. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Nockenwellenteile (4) und die äußeren Nockenwellenteile (3) durch einen elektrischen, elektro-hydraulischen oder hydraulischen Phasenversteller (25, 26) relativ zueinander verdrehbar sind.
13. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) pro Zylinder zumindest ein Nockenwellensegment (2) aufweist.
14. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) pro Nockenwellensegment (2) zumindest einen ersten Nocken (7) und vorzugsweise zumindest einen zweiten Nocken (9) aufweist.
15. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nocken (9) durch ein Nockensegment (9a) gebildet ist.
16. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein äußerer Nockenwellenteil (3) durch ein Rohrstück (12, 14) gebildet ist.
17. Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein innerer Nockenwellenteil (4) durch ein Rohrstück (20) gebildet ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen