DE102006055821A1

DE102006055821A1 - Nockenwelle mit zweifach gelagertem Nockenwellenabschnitt und mindestens einem Nocken und Verwendung einer derartigen Nockenwelle

Info

Publication number: DE102006055821A1
Application number: DE200610055821
Authority: DE
Inventors: Torsten Dr. Kluge
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (13) mit mindestens einem Wellenabschnitt (7), auf dem mindestens ein Nocken (3a, 3b, 3b) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Wellenabschnitt (7) an den beiden Enden (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) drehbar gelagert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Nockenwelle (13). Es soll eine Nockenwelle (13) der genannten Art bereitgestellt werden, die sowohl im Hinblick auf die Forderung nach einer möglichst geringen Baulänge als auch hinsichtlich einer möglichst geringen Durchbiegung optimiert ist. Erreicht wird dies mit einer Nockenwelle (13), die dadurch gekennzeichnet ist, dass . das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts (7) ausgehend von einem Ende (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) in Richtung des anderen Endes (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) zunächst in einem ersten Teilabschnitt (7a) zunimmt und dann in einem zweiten Teilabschnitt (7b) wieder abnimmt, wobei der zweite Teilabschnitt (7b) sich an den ersten Teilabschnitt (7a) anschließt. Eine derartige Nockenwelle (13) wird bei einer Brennkraftmaschine zur Steuerung des Ladungswechsels verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit mindestens einem Wellenabschnitt, auf dem mindestens ein Nocken angeordnet ist, wobei der mindestens eine Wellenabschnitt an den beiden Enden des mindestens einen Wellenabschnitts drehbar gelagert ist.
Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Nockenwelle.
Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Ventile und Ventilbetätigungseinrichtungen zur Betätigung der Ventile. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Brennraums d. h. das Ansaugen des Frischgemischs bzw. der Frischluft über die Einlaßöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen.
Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Betätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Dabei ist es die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch bzw. ein effektives d. h. vollständiges Ausschieben der Verbrennungsgase zu gewährleisten.
Nach dem Stand der Technik werden in der Regel Ventile verwendet, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar sind, um eine Einlaß- oder Auslaßöffnung einer Brennkammer der Brennkraftmaschine freizugeben bzw. zu versperren d. h. zu verschließen.
Zur Betätigung eines Ventils werden einerseits Ventilfedermittel vorgesehen, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen d. h. mit einer Vorspannkraft zu beaufschlagen, und andererseits Ventilbetätigungseinrichtungen eingesetzt, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen.
Die Ventilbetätigungseinrichtung eines Ventils umfaßt eine Nockenwelle, auf der eine Vielzahl von Nocken angeordnet ist und die – beispielsweise mittels eines Kettentriebes – von der Kurbelwelle in der Art um ihre Langsachse in Drehung versetzt wird, daß die Nockenwelle und mit dieser die Nocken mit der halben Kurbelwellendrehzahl umläuft bzw. umlaufen.
Grundsätzlich wird zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden. Dabei wird Bezug genommen auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock. Liegt die Nockenwelle oberhalb dieser Trennebene handelt es sich um eine obenliegende Nockenwelle, andernfalls um eine untenliegende Nockenwelle.
Untenliegende Nockenwellen eignen sich für die Betätigung von sogenannten stehenden Ventilen, aber auch unter Zuhilfenahme von Stoßstangen und Hebeln, beispielsweise Schwinghebeln oder Kipphebeln, für die Betätigung hängender Ventile, bei denen der Ventilteller nach unten hängt. Stehende Ventile werden geöffnet, indem sie nach oben verschoben werden, wohingegen hängende Ventile durch eine Abwärtsbewegung geöffnet werden.
Obenliegende Nockenwellen werden hingegen ausschließlich für die Betätigung hängender Ventile verwendet, wobei ein Ventiltrieb bzw. eine Ventilbetätigungseinrichtung mit obenliegender Nockenwelle als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Kipphebel oder einen Stößel aufweist, die im folgenden auch als Nockenfolgeelement bezeichnet werden.
Der Schwinghebel, der an seinem einen Ende drehbar gelagert ist und an seinem anderen Ende mit dem Ventil verbunden ist, schwenkt dabei um einen festen Drehpunkt – nämlich das Lager – und verschiebt bei Auslenkung durch den Nocken das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel in Richtung Ventiloffenstellung.
Bei einem Kipphebel, der um einen zwischen seinen Enden angeordneten Drehpunkt drehbar gelagert ist, greift der Nocken an dem einen Ende des Kipphebels ein, wobei das Ventil am gegenüberliegenden Ende des Hebels angeordnet ist.
Bei Verwendung eines Stößels wird dieser Stößel auf das der Brennkammer abgewandte Ende des Hubventils aufgesetzt, so daß der Stößel an der oszillierenden Hubbewegung des Ventils teilnimmt, wenn der Nocken sich mit seiner Nockenmantelfläche im Bereich der Nockennase entlang einer Berührungslinie in Eingriff befindet mit dem Stößel.
Der Nocken soll – wie bereits oben erwähnt – ein schnelles Öffnen und Schließen der Ventile und damit eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte gewährleisten. Hierzu weist der Nocken eine Nockennase auf, wobei die Nockennase durch einen sich in Drehrichtung örtlich ändernden – zunächst abnehmenden und dann wieder zunehmenden – Krümmungsradius gekennzeichnet ist. Zur schnellen Freigabe der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen sind große Kräfte und hohe Beschleunigungen erforderlich.
Zudem muß berücksichtigt werden, daß der Ventiltrieb ein elastisches Massesystem ist, das aufgrund der oszillierenden bzw. intermittierenden Bewegung insbesondere des Ventils und des Nockenfolgeelementes – beispielsweise des Stößels – hohen Beschleunigungen und Verzögerungen ausgesetzt ist. In der Kontaktkette vom Nocken bis hin zum Ventil sollte ständig Kraftschluß vorliegen. Insbesondere ein Abheben des Nockens vom Nockenfolgeelement bei höheren Drehzahlen sollte vermieden werden, was durch eine Begrenzung der Nockenwellendrehzahl, aber auch durch entsprechend hohe Ventilfederkräfte d. h. Vorspannkräfte sichergestellt werden kann.
Somit sind sowohl zur möglichst schnellen Freigabe der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen als auch zur sicheren Vermeidung eines Abhebens des Nockens vom Nockenfolgeelement große Kräfte erforderlich.
Zur Aufnahme dieser Kräfte wird die Nockenwelle gemäß dem Stand der Technik in der Regel mehrfach d. h. an mehreren Stellen entlang ihrer Längsachse gelagert. Auf die Nocken der Nockenwelle und damit auf die Nockenwelle selbst wirken unter anderem die Trägheitskräfte der mit dem Nocken in Verbindung stehenden und bewegten Ventiltriebsbauteile, insbesondere die Trägheitskräfte des Ventils und des Nockenfolgeelementes, aber auch die Ventilfederkräfte der Ventilfedermittel und gegebenenfalls die zwischen Nocken und Nockenfolgeelement ausgebildeten Reibungskräfte.
Die aus der Masse der Nockenwelle resultierende Gewichtskraft, welche die Nockenwelle nicht unerheblich belastet, ist ebenfalls zu berücksichtigen, insbesondere, da es sich bei einer Nockenwelle um ein eher schmales, sich lang erstreckendes Bauteil handelt.
Zum anderen wird die Nockenwelle durch die in den Lager – in Reaktion auf diese Belastungen – ausgebildeten Lagerkräfte kraftbeaufschlagt. Die Entwicklung hin zu aufgeladenen Brennkraftmaschinen erhöht die Belastung der Nockenwelle weiter, denn die infolge der Aufladung höheren Mitteldrücke erfordern auch größere Ventilbetätigungskräfte.
Dadurch, daß die Nockenwelle an mehreren zueinander beabstandeten Stellen entlang ihrer Längsachse durch Kräfte belastet wird, wird die Nockenwelle auch auf Biegung beansprucht.
Das Biegemoment nimmt ausgehend von einem Lager der Nockenwelle zumindest bis hin zu der Stelle, an der eine weitere Kraft in die Nockenwelle eingeleitet wird, zu und zwar aufgrund des – mit zunehmender Entfernung vom Lager – anwachsenden Hebelarms, der zusammen mit der Lagerkraft ein Biegemoment ausbildet. Die Durchbiegung der Nockenwelle nimmt ebenfalls mit zunehmender Entfernung vom bzw. zunehmendem Abstand zum Lager zu.
Die Nockenwelle umfaßt gemäß dem Stand der Technik eine Welle und mehrere auf dieser Welle angeordnete Nocken, wobei die Welle als solche in der Regel entlang der Längsachse einen im wesentlichen gleichgroßen Außendurchmesser und somit eine nahezu gleichgroße Biegefestigkeit bzw. Biegesteifheit aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll unterschieden werden zwischen der Welle bzw. dem mindestens einen Wellenabschnitt der Nockenwelle einerseits und den auf dieser Welle zur Ausbildung der eigentlichen Nockenwelle und zur Erfüllung der einzelnen Funktionen vorgesehenen konstruktiven Elementen, nämlich dem mindestens einen Nocken, gegebenenfalls Wellenabsätzen zur Ausbildung von Lager, Elementen zur Erfassung der Nockenwellendrehzahl und/oder zur Verstellung der Nockenwelle mittels eines Nockenwellenverstellers und/oder dergleichen.
Diese auf der Nockenwelle vorgesehenen Elemente, insbesondere die Nocken, führen zwar zu einer lokal begrenzten Zunahme des Außendurchmessers, was auch die Biegefestigkeit lokal erhöht, haben aber bei Betrachtung der gesamten Nockenwelle auf die Biegefestigkeit bzw. Biegesteifheit weniger Einfluß, denn um eine möglichst biegefeste bzw. biegesteife Nockenwelle auszubilden, muß die Nockenwelle entlang ihrer gesamten Langsachse biegefest bzw. biegesteif sein.
Um die Biegung bzw. Durchbiegung der Nockenwelle auf ein noch akzeptables Maß zu begrenzen, müssen ausreichend viele Lager entlang der Längsachse der Nockenwelle vorgesehen werden. Denn eine Durchbiegung der Nockenwelle kann dazu führen, daß ein Nockenfolgeelement und ein diesem Nockenfolgeelement zugeordneter Nocken nicht mehr in der vorgeschriebenen Weise zueinander angeordnet sind bzw. zusammenwirken, was die Funktionstüchtigkeit des Ventiltriebs gefährden kann und/oder die Steuerzeiten und damit den Ladungswechsel in unvorteilhafter Weise beeinflußt.
Die Lager sind auch erforderlich, um einem unerwünschten Federn der Nockenwelle entgegenzuwirken, das sich aufgrund der dynamischen Belastung der Nockenwelle einstellt. Zudem soll verhindert werden, daß – bei einer zu starken Durchbiegung – die Biegefestigkeit der Nockenwelle überschritten wird.
Nach dem Stand der Technik wird daher beispielsweise bei einer Vier-Ventil-Brennkraftmaschine mit vier Zylindern jedes Nockenpaar der beiden Einlaß- bzw. Auslaßventile eines Zylinders in einem Lager gestützt, welches vorzugsweise zwischen den beiden Nocken angeordnet ist, damit sich die über die Nocken eingeleiteten Kippmomente um das Lager aufheben. Die Lager können aber auch seitlich der beiden Nocken angeordnet werden. Insgesamt werden dabei fünf bzw. sechs Lager zur Aufnahme der Nockenwelle verwendet.
Diese Vorgehensweise führt – wie dargelegt – zu einer hohen Anzahl an Lager und steht damit der Forderung nach einem möglichst effektiven Packaging der Brennkraftmaschine entgegen, insbesondere der Forderung nach einer Brennkraftmaschine möglichst geringer Baulänge. Die Lager der Nockenwelle beanspruchen einen erheblichen Teil der Nockenwellenlänge und des im Zylinderkopf zur Verfügung stehenden Bauraums, wobei das Platzangebot hier sehr begrenzt ist.
Der Zylinderkopf dient nämlich zur brennraumseitigen Aufnahme der Steuerorgane d. h. der Ventile. Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen kann zudem die erforderliche Zündvorrichtung, bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen darüber hinaus die Einspritzeinrichtung im Zylinderkopf angeordnet sein. Verfügt die Brennkraftmaschine über eine Flüssigkeitskühlung, werden in der Regel mehrere Kühlmittelkanäle im Zylinderkopf vorgesehen, die das Kühlmittel durch den Zylinderkopf hindurchführen. Darüber hinaus sind im Zylinderkopf Bohrungen vorzusehen, um den Zylinderkopf mit dem Zylinderblock zu verbinden, wozu Gewindebolzen in die Bohrungen eingeführt und verschraubt werden.
Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß einerseits zur Vermeidung einer unzulässig hohen Durchbiegung der Nockenwelle möglichst viele Lager zur Aufnahme der Nockenwelle vorzusehen sind, wohingegen andererseits zur Realisierung einer möglichst kompakten und kurzen Brennkraftmaschine wenige Nockenwellenlager eingesetzt werden sollten.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 d. h. der gattungsbildenden Art bereitzustellen, die sowohl im Hinblick auf die Forderung nach einer möglichst geringen Baulänge als auch hinsichtlich einer möglichst geringen Durchbiegung optimiert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung einer derartigen Nockenwelle aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine Nockenwelle mit mindestens einem Wellenabschnitt, auf dem mindestens ein Nocken angeordnet ist, wobei der mindestens eine Wellenabschnitt an den beiden Enden des mindestens einen Wellenabschnitts drehbar gelagert ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß

• das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts ausgehend von einem Ende des mindestens einen Wellenabschnitts in Richtung des anderen Endes des mindestens einen Wellenabschnitts zunächst in einem ersten Teilabschnitt zunimmt und dann in einem zweiten Teilabschnitt wieder abnimmt, wobei der zweite Teilabschnitt sich an den ersten Teilabschnitt anschließt.

Erfindungsgemäß wird der mindestens eine Wellenabschnitt in der Art ausgebildet, daß das Flächenträgheitsmoment jeweils ausgehend von einem der beiden an den Enden des mindestens einen Wellenabschnittes vorgesehenen Lager zunimmt. Dadurch nimmt die Biegefestigkeit bzw. Biegesteifheit des mindestens einen Wellenabschnitts mit zunehmender Entfernung vom Lager – wie die Belastung, nämlich das Biegemoment, selbst auch – zu.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Biegesteifheit des mindestens einen Wellenabschnitts abhängig ist vom Flächenträgheitsmoment und zwar in der Weise, daß die Biegefestigkeit bzw. Biegesteifheit höher ist, wenn das Flächenträgheitsmoment größer ist. Die Biegesteifheit des mindestens einen Wellenabschnitts an einer fest vorgegebenen Stelle entlang der Längsachse der Nockenwelle wird maßgeblich vom Flächenträgheitsmoment der Querschnittfläche des mindestens einen Wellenabschnitts an dieser Stelle bestimmt.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Nockenwelle gemäß dem Stand der Technik, welche in der Regel einen entlang der Längsachse unveränderlichen Außendurchmesser und damit ein entlang der Längsachse unveränderliches Flächenträgheitsmoment aufweist, ändert sich das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts der erfindungsgemäßen Nockenwelle entlang der Längsachse bedarfsgerecht d. h. entsprechend der auftretenden äußeren Belastung, nämlich entsprechend des an einer vorgegebenen Stelle auf die Welle wirkenden Biegemoments. Die Durchbiegung der Nockenwelle bzw. des mindestens einen Wellenabschnitts zwischen zwei Lager wird dadurch reduziert.
Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterschieden zwischen der Welle bzw. dem mindestens einen Wellenabschnitt der Nockenwelle und den auf dem mindestens einen Wellenabschnitt vorgesehenen d. h. angeordneten konstruktiven Elementen. Die Änderungen des Flächenträgheitsmomentes beziehen sich auf den mindestens einen Wellenabschnitt, wobei der mindestens eine auf dem Wellenabschnitt vorgesehene Nocken und andere Elemente unberücksichtigt bleiben.
Die Anordnung mindestens eines Nockens und/oder anderer konstruktiver Elemente hat zwangsläufig Einfluß auf das Flächenträgheitsmoment, wobei die Anordnung zusätzlicher Elemente in der Regel das Flächenträgheitsmoment vergrößert. Dieser Effekt überlagert sich mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahme, das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts – wie beansprucht und ausführlich dargelegt – zu variieren. Das Flächenträgheitsmoment entlang der Nockenwelle ergibt sich letztlich aus der Superposition der einzelnen Maßnahmen.
Bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle nimmt das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts zunächst in einem ersten Teilabschnitt zu. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, daß das Flächenträgheitsmoment am Ende des ersten Teilabschnitts größer ist als am Anfang dieses Teilabschnitts. Zwischen dem Anfang und dem Ende des ersten Teilabschnitts kann das Flächenträgheitsmoment entlang der Längsachse der Nockenwelle d. h. entlang der Längsachse des Teilabschnitts einen beliebigen – vorzugsweise einen stetigen – Verlauf aufweisen, aber nicht abnehmen und zwar auch nicht örtlich begrenzt in einem Teilstück des ersten Teilabschnitts.
Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen das Flächenträgheitsmoment entlang eines Teilstücks des ersten Teilabschnitts gleichgroß d. h. unverändert bleibt, sind aber erfindungsgemäße Nockenwellen, solange das Flächenträgheitsmoment am Ende des ersten Teilabschnitts größer ist als am Anfang dieses Teilabschnitts.
Vorteilhaft sind aber Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts ausgehend von einem Ende des mindestens einen Wellenabschnitts in Richtung des anderen Endes des mindestens einen Wellenabschnitts zunächst in einem ersten Teilabschnitt kontinuierlich zunimmt und dann in einem zweiten Teilabschnitt wieder kontinuierlich abnimmt.
Die bezüglich der Änderungen d. h. der Zunahme des Flächenträgheitsmomentes im ersten Teilabschnitt gemachten Ausführungen und Erläuterungen gelten analog d. h. in entsprechender Weise für die Änderungen d. h. die Abnahme des Flächenträgheitsmomentes im zweiten Teilabschnitt, wobei der zweite Teilabschnitt sich an den ersten Teilabschnitt anschließt. Das Flächenträgheitsmoment am Ende des zweiten Teilabschnitts ist kleiner als das Flächenträgheitsmoment am Anfang dieses Teilabschnitts.
Durch die erfindungsgemäße Nockenwelle wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Nockenwelle bereitzustellen, die sowohl im Hinblick auf die Forderung nach einer möglichst geringen Baulänge als auch hinsichtlich einer möglichst geringen Durchbiegung optimiert ist.
Die Anpassung der Biegefestigkeit bzw. Biegesteifheit der Nockenwelle führt nämlich einerseits zu einer geringeren Durchbiegung der Nockwelle, insbesondere zwischen zwei Lager. Andererseits kann aufgrund der höheren Biegesteifheit der erfindungsgemäßen Nockenwelle die Anzahl der Lager reduziert werden, so daß ein weniger großes Teilstück der Nockenwelle für die Ausbildung von Lager erforderlich ist bzw. verwenden werden muß und die Nockenwelle insgesamt kürzer d. h. mit einer geringeren Länge ausgeführt werden kann, wodurch Brennkraftmaschinen kürzerer Baulänge realisiert werden können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Nockenwelle werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der Außendurchmesser des mindestens einen Wellenabschnitts im ersten Teilabschnitt zunimmt und im zweiten Teilabschnitt abnimmt.
Bei dieser Ausführungsform wird das Flächenträgheitsmoment durch Variation des Außendurchmessers verändert. An einer konkreten Stelle entlang der Längsachse der Nockenwelle bzw. des mindestens einen Wellenabschnitts wird die Biegesteifheit maßgeblich durch das Flächenträgheitsmoment des Wellenquerschnitts an dieser Stelle bestimmt. Maßgebend dabei ist das Flächenträgheitsmoment der Querschnittsfläche um die Achse, um welche das Biegemoment dreht und die in der Regel senkrecht zur Nockenwellenlängsachse verläuft. Je mehr Querschnittsfläche des Querschnitts von dieser Achse entfernt ist, desto größer ist das relevante Flächenträgheitsmoment.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird das Flächenträgheitsmoment durch eine Vergrößerung des Außendurchmessers erhöht und durch eine Verkleinerung des Außendurchmessers vermindert. Diese Vorgehensweise hat Vorteile in fertigungstechnischer Hinsicht, da der mindestens eine Wellenabschnitt vorliegend ein rotationssymmetrischer Körper ist und der Wellenabschnitt in vorteilhafter Weise auf einer Drehmaschine, einer Fräs- oder Schleifmaschine bearbeitet werden kann.
Bezüglich der Zu- und Abnahme des Außendurchmessers in den beiden Teilabschnitten wird Bezug genommen auf die Ausführungen, die diesbezüglich im Zusammenhang mit dem Flächenträgheitsmoment gemacht wurden.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der Außendurchmesser des mindestens einen Wellenabschnitts im ersten Teilabschnitt linear zunimmt und/oder im zweiten Teilabschnitt linear abnimmt. Dies erleichtert die Fertigung bzw. Bearbeitung des mindestens einen Wellenabschnitts nochmals. Zudem nimmt die Belastung, nämlich das Biegemoment, ebenfalls linear zu, nämlich mit dem Abstand zum Lager d. h. mit der Entfernung zum Lager. Folglich nehmen bei der vorliegenden Ausführungsform sowohl der Außendurchmesser als auch das Biegemoment linear zu und damit proportional zueinander.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen im Inneren des mindestens einen Wellenabschnitts ein Kanal vorgesehen ist, der sich entlang der Langsachse der Nockenwelle erstreckt, so daß die Nockenwelle als hohle Nockenwelle ausgebildet ist.
Ein solcher Kanal kann beispielsweise zur Ölversorgung dienen, insbesondere zur Druckölversorgung einer Nockenwellenverstellvorrichtung. Derartige Verstellvorrichtungen werden üblicherweise hydraulisch betätigt bzw. gesteuert, wobei eine oder mehrere Druckkammern mit Hydrauliköl gezielt beaufschlagt werden oder aber entlastet werden.
Die Verwendung einer Nockenwellenverstellvorrichtung ist eine Möglichkeit, die Steuerzeiten der Ventile einer Brennkraftmaschine zu variieren, wobei die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um einen gewissen Winkel verdreht wird, so daß die Steuerzeiten nach früh oder spät verschoben werden.
Darüber hinaus sind hohle Nockenwellen prinzipbedingt leichter als Nockenwellen, die aus dem vollen Material gearbeitet d. h. massiv sind, so daß durch das Vorsehen eines Kanals die Masse des Ventiltriebs reduziert werden kann.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der Kanal eine Bohrung ist d. h. zylinderförmig ausgebildet ist. Die zylinderförmige Bohrung läßt sich mittels eines spanabhebenden Werkzeuges in die Nockenwelle einbringen und erstreckt sich entlang der Längsachse der Nockenwelle, wobei die Achse der Bohrung und die Längsachse vorzugsweise zusammenfallen.
Bei Nockenwellen, bei denen im Inneren des mindestens einen Wellenabschnitts ein Kanal vorgesehen ist, können Ausführungsformen der Nockenwelle vorteilhaft sein, bei denen der Durchmesser des Kanals im ersten und im zweiten Teilabschnitt gleichgroß und konstant ist.
Bei dieser Ausführungsform, bei der der Kanaldurchmesser konstant ist, wird die Größe des Flächenträgheitsmoments nicht durch einen sich ändernden Kanal bzw. Kanaldurchmesser beeinflußt, so daß ausschließlich und gezielt beispielsweise über den Außendurchmesser Einfluß auf das Flächenträgheitsmoment genommen werden kann.
Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der Durchmesser des Kanals im ersten Teilabschnitt abnimmt und im zweiten Teilabschnitt zunimmt.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der Durchmesser des Kanals im ersten Teilabschnitt linear abnimmt und im zweiten Teilabschnitt linear zunimmt.
Hinsichtlich der beiden zuletzt genannten Ausführungsformen wird Bezug genommen auf die Ausführungen, die im Zusammenhang mit der Veränderung des Außendurchmessers des mindestens einen Wellenabschnitts gemacht wurden.
Der mindestens eine Wellenabschnitt bzw. der Kanal wird vorliegend in der Art ausgebildet, daß das Flächenträgheitsmoment jeweils ausgehend von einem der beiden an den Enden des mindestens einen Wellenabschnittes vorgesehenen Lager zunimmt, wodurch die Biegesteifheit des mindestens einen Wellenabschnitts mit zunehmender Entfernung vom Lager zunimmt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen der mindestens eine Nocken zumindest im Bereich der Nockennase ein Rollenelement mit mindestens einer drehbar gelagerten Rolle aufweist.
Dadurch, daß am Nocken mindestens eine drehbar gelagerte Rolle vorgesehen ist, rollt der Nocken beim Eingriff mit dem Nockenfolgeelement auf dem Nockenfolgeelement ab. Im günstigsten Fall tritt in der Kontaktzone zwischen Nocken und Nockenfolgeelement kein Gleiten und damit keine Gleitreibung mehr auf. Vielmehr soll sich ein reines Abrollen einstellen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Kontaktzone keine Relativbewegung zwischen Nocken und Nockenfolgeelement mehr zu beobachten ist.
Bei niedrigen Nockenwellendrehzahlen kann auf diese Weise – d. h. bei Einsatz einer Rolle – die Reibung in der Kontaktzone zwischen Nocken und Nockenfolgeelement erheblich reduziert werden, wobei der Reibmitteldruck – bei Betrachtung des gesamten Ventiltriebs – um bis zu zwei Drittel zurückgeht.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen auf dem mindestens einen Wellenabschnitt mindestens zwei Nocken angeordnet sind.
Diese Nockenwelle bzw. diese mindestens zwei Nocken können beispielsweise zur Betätigung von mindestens zwei Stößeln verwendet werden, welche in Führungsbohrungen angeordnet sind, die miteinander in Verbindung stehen. Jeder Stößel ist dabei in einer Führungsbohrung angeordnet und gelagert und wird in dieser Bohrung während seiner Hubbewegung geführt.
Die mindestens zwei Stößel sind dann Bestandteile der Ventilbetätigungseinrichtungen von mindestens zwei Einlaßventilen bzw. Auslaßventilen. Dadurch, daß die Stößel nicht in voneinander getrennten Bohrungen angeordnet sind, entfällt die nach dem Stand der Technik zwischen zwei benachbarten Führungsbohrungen befindliche Trennwand.
Der durch den Wegfall der Trennwand nutzbar gemachte Bauraum kann zur Vergrößerung des Stößeldurchmessers und/oder zur Verringerung des Durchmessers der Zylinderbohrung verwendet werden. Stößel von möglichst großem Durchmesser sind zielführend, um möglichst hohe Ventilgeschwindigkeiten zu erzielen. Zylinderbohrungen von geringem Durchmesser führen zu geringeren Abständen zwischen den Zylindern und dadurch zu Brennkraftmaschinen geringerer Baulänge, was zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beiträgt.
Dabei sind die mindestens zwei Stößel nebeneinander in der Art angeordnet, daß die Längsachsen der mindestens zwei Stößel im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die mindestens zwei Stößel können sich auch – zumindest zeitweise – berühren. Die Kontaktzone, in der sich die mindestens zwei Stößel berühren, wird dabei von der Verbindungslinie der Stößellängsachsen, welche senkrecht auf diesen Stößellängsachsen steht, durchstoßen. Die Verbindungslinie verläuft dabei vorzugsweise parallel zur Längsachse der Nockenwelle.
Um den von den Stößeln beanspruchten Bauraum zu vermindern, kann es vorteilhaft sein, daß die mindestens zwei, in der Grundform zylinderförmigen Stößel jeweils auf ihrer Mantelfläche zur Ausbildung einer ebenen Fläche abgeflacht sind und die Stößel sich entlang ihrer abgeflachten Flächen berühren. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn ein erster Stößel der mindestens zwei Stößel zylinderförmig ausgebildet ist, wohingegen ein zweiter Stößel eine zylinderförmige Grundform aufweist mit mindestens einer kreissegmentartigen, in Richtung Stößellängsachse sich erstreckenden Ausnehmung, wobei der erste Stößel den zweiten Stößel im Bereich einer Ausnehmung berührt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen die mindestens zwei Nocken als gemeinsamer Nocken ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform teilen sich mehrere Ventilbetätigungseinrichtungen einen gemeinsamen Nocken.
Die Einlaßventile bzw. Auslaßventile haben dann gleiche Steuerzeiten, da sie mittels eines einzigen, nämlich des gemeinsamen Nockens betätigt d. h. ausgelenkt werden. Vorteile bietet diese Ausführungsform bei der Fertigung der Nockenwelle, da weniger Nocken auszubilden sind.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Nockenwelle sein, bei denen die mindestens zwei Nocken voneinander getrennte Nocken sind. Diese Ausführungsform ermöglicht unterschiedliche Steuerzeiten für die den getrennten Nocken zugeordneten Ventile.
Darüber hinaus kann zwischen den getrennten Nocken eine Nockenwellenlagerung vorgesehen werden, auf die bei Ausbildung der Nocken in Gestalt eines gemeinsamen Nockens verzichtet werden muß. Die Lagerung zur Aufnahme der Nockenwelle umfaßt einen Lagersattel und einen Lagerdeckel, bei denen es sich um zwei – vorzugsweise halbkreisförmige – Lagerschalen handelt, die in Kombination miteinander die Nockenwelle umschließen und beispielsweise zur Ausbildung eines Gleitlagers verwendet werden können.
Diese Anordnung der Lagerung zwischen den Nocken hat auch den Vorteil, daß sich die Kippmomente, die sich aus den auf die getrennten Nocken wirkenden Kräfte bezüglich der Lagerung ergeben, gegenseitig aufheben. Folglich muß die Lagerung ausschließlich Kräfte und keine Momente aufnehmen.
Bei Ausbildung der Nocken in Gestalt eines gemeinsamen Nockens muß eine Lagerung – falls überhaupt erforderlich – hingegen seitlich des gemeinsamen Nockens vorgesehen werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Nockenwelle, bei denen die Nockenwelle eine obenliegende Nockenwelle ist. Vorteilhaft an obenliegenden Nockenwellen ist, daß insbesondere durch den Wegfall der Stoßstange die bewegte Masse des Ventiltriebes reduziert wird und der Ventiltrieb steifer d. h. weniger elastisch ist. Aus demselben Grund werden bei modernen Brennkraftmaschinen fast ausschließlich hängende Ventile verwendet.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe wird durch die Verwendung einer Nockenwelle einer vorstehend genannten Art in einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder gelöst, der mindestens eine Einlaßöffnung und/oder mindestens eine Auslaßöffnung aufweist, von denen jede Öffnung freigebbar bzw. verschließbar ist mittels eines Ventils, das mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung betätigbar ist, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung eines Ventils eine Nockenwelle mit einem dem Ventil zugeordneten Nocken und einem im Kraftübertragungsweg zwischen Nocken und Ventil angeordneten Nockenfolgeelement umfaßt, das sich mit dem Nocken der rotierenden Nockenwelle zumindest bei Ventilbetätigung in Eingriff befindet, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nockenwelle

• nur mit einem Wellenabschnitt versehen wird, und
• ausschließlich an den beiden Enden dieses Wellenabschnitts drehbar gelagert wird.

Brennkraftmaschinen verfügen in der Regel über einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock.
Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Kolben dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben mittels einer Pleuelstange gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden.
Zum Verbinden des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock werden – wie bereits eingangs erwähnt – sowohl im Zylinderkopf als auch im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen, wobei der Zylinderblock und der Zylinderkopf zur Montage in der Weise zueinander angeordnet werden, daß die Bohrungen miteinander fluchten. Zwischen dem Block und dem Kopf wird in der Regel eine Dichtung vorgesehen, um eine sichere Abdichtung der Brennräume zu erzielen.
Der Zylinderkopf wird mit dem Zylinderblock mittels Gewindebolzen verbunden, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden.
Nach dem Stand der Technik sind jeweils vier Bohrungen bzw. Bolzen regelmäßig um eine Zylinderbohrung herum angeordnet, wobei die zwischen zwei Zylinderbohrungen liegenden Bohrungen d. h. die innenliegenden Bohrungen jeweils zwei Zylinderbohrungen zuzuordnen sind.
Die Bolzenkräfte d. h. Spannkräfte der innenliegenden Gewindebolzen verteilen sich jeweils auf die beiden benachbarten Zylinder bzw. Zylinderbohrungen und zwar – vereinfachend angenommen – jeweils zur Hälfte. Dahingegen können die Spannkräfte der in den außenliegenden Bohrungen angeordneten Gewindebolzen einem einzelnen Zylinder zugeordnet werden.
Aus den genannten Gründen werden die Zylinderbohrungen im endmontierten Zustand unterschiedlich hoch belastet, wobei nicht nur eine unterschiedliche Belastung der einzelnen Zylinderbohrungen, sondern auch eine asymmetrische Belastung der außenliegenden Zylinderrohre vorliegt.
Dadurch, daß die Bolzenkräfte lokal in den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock eingebracht werden, ergibt sich grundsätzlich eine ungleichförmige Druckverteilung im Bereich der Zylinderbohrungen d. h. entlang des Umfanges der Zylinderbohrung.
Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen, bei denen um das Zylinderrohr eines Zylinders herum mehr als vier Bohrungen zur Aufnahme von Verbindungsbolzen angeordnet werden. Vorzugsweise werden sechs Bohrungen beabstandet zueinander um eine Zylinderbohrung herum angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden die sechs Bohrungen hexagonal um eine Zylinderbohrung herum angeordnet, wobei vier Bohrungen – wie aus dem Stand der Technik bekannt – an den Eckpunkten eines gedachten Rechtecks bzw. Vierecks angeordnet werden und zwei Bohrungen in einer gedachten Mittelebene, die senkrecht auf der Längsachse der Nockenwelle steht und vorzugsweise zwischen den Längsachsen der mindestens zwei Stößel der Einlaß- bzw. Auslaßventile verläuft.
Die Anordnung von – im Vergleich zum Stand der Technik – zwei zusätzlichen Bohrungen bzw. Bolzen wird möglich, da in der Nachbarschaft zu einer Zylinderbohrung infolge der hohen Biegesteifheit der erfindungsgemäßen Nockenwelle keine Lagerung zur Aufnahme der Nockenwelle vorgesehen wird bzw. werden muß. Der durch den Wegfall der Lagerung nutzbar gewordene Bauraum kann für die Anordnung der zwei zusätzlichen Bohrungen bzw. Bolzen pro Zylinder genutzt werden.
Zwar ist grundsätzlich auch die mindestens eine Nockenwelle der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zu lagern, so daß Lagerungen vorzusehen sind. Es muß aber berücksichtigt werden, daß die erfindungsgemäße Nockenwelle von Hause aus biegesteifer ist als eine herkömmliche Nockenwelle, also grundsätzlich weniger Lagerstellen erfordert. Zudem ermöglicht diese geringere Anzahl an notwendigen Lager die Ausbildung von Nockenwellen kurzer Baulänge, die wiederum nur wenige – vorzugsweise zwei – Lager erfordern. Der Wegfall der Lager schafft das Platzangebot für die Anordnung zusätzlicher Bohrungen bzw. Bolzen im Zylinderkopf.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit wenigen Zylindern, beispielsweise mit zwei oder drei Zylindern, sind daher grundsätzlich Ausführungsformen realisierbar, bei denen die Nockenwelle nur an ihren beiden Enden gelagert wird, wobei die Anordnung dieser beiden Lagerungen – eben aufgrund ihrer Lage – nicht mit den Erfordernissen in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zylinder kollidiert. Insbesondere nehmen diese Lagerungen keinen Bauraum in Anspruch, der für die Anordnung von zusätzlichen Bohrungen bzw. Bolzen verwendet werden könnte.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen um das Zylinderrohr eines Zylinders herum acht Bohrungen zur Aufnahme von Verbindungsbolzen angeordnet werden, wobei die acht Bohrungen vorzugsweise in einem oktogonalen Muster um eine Zylinderbohrung herum angeordnet werden.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen um das Zylinderrohr eines Zylinders herum zehn Bohrungen zur Aufnahme von Verbindungsbolzen angeordnet werden, wobei die zehn Bohrungen vorzugsweise in einem pentagonalen Muster um eine Zylinderbohrung herum angeordnet werden.
Die Erhöhung der Anzahl der Bohrungen bzw. Bolzen kann dazu genutzt werden, den zunehmenden Anforderungen gerecht zu werden, die sich insbesondere aus der Aufladung der Brennkraftmaschinen ergeben. Die zunehmenden Mitteldrücke erfordern größere Bolzenkräfte. Werden mehr als vier Bolzen pro Zylinder verwendet, um den Zylinderkopf mit dem Zylinderblock zu verbinden, ist es nicht erforderlich, den Durchmesser der einzelnen Bolzen zu vergrößern, da sich die Last auf mehr als vier Bolzen verteilt. Eine größere zulässige Gesamtbelastung wird dadurch erzielt, daß mehr als vier Bolzen verwendet werden.
Andererseits kann die höhere Anzahl an Bohrungen bzw. Bolzen dazu genutzt werden, den Bolzendurchmesser zu verringern. Die Bohrungen und Bolzen würden dann weniger Bauraum im Zylinderkopf bzw. Zylinderblock in Anspruch nehmen, was der Forderung nach einer möglichst kompakten Bauweise der Brennkraftmaschine Rechnung trägt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch in der Draufsicht eine Ausführungsform der Nockenwelle, und
2 schematisch in der Draufsicht die in 1 dargestellte Nockenwelle mitsamt den Stößeln und der Anordnung der Bohrungen zum Verbinden von Zylinderkopf und Zylinderblock.
1 zeigt schematisch in der Draufsicht eine Ausführungsform der Nockenwelle 13, welche bei einer Drei-Zylinder-Brennkraftmaschine zur Steuerung d. h. zur Betätigung der Einlaß- bzw. Auslaßventile verwendet werden kann.
Die Nockenwelle 13 umfaßt einen Wellenabschnitt 7, auf dem drei Nocken 3a, 3b, 3b angeordnet sind, und ist an den beiden Enden 16a, 16b des Wellenabschnitts 7 in zwei Lagerungen 11a, 11b drehbar gelagert. In unmittelbarer Nachbarschaft zu der ersten radialen Lagerung 11a der Nockenwelle 13 ist ein Anlaufbund d. h. eine Anlaufscheibe 15 angeordnet, der bzw. die als Bestandteil eines Axiallagers die axiale Führung und Lagerung der Nockenwelle 13 übernimmt.
Im Inneren der Nockenwelle 13 bzw. im Inneren des Wellenabschnitts 7 ist ein Kanal 12 vorgesehen, der sich entlang der Längsachse 4 der Nockenwelle 13 erstreckt und als Innenbohrung 12 ausgeführt ist (gestrichelt dargestellt). Der Durchmesser d_i der Innenbohrung 12 ändert sich entlang der Längsachse 4 der Nockenwelle 13 nicht.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Nockenwelle 13 nimmt der Außendurchmesser d_w des Wellenabschnitts 7 ausgehend vom ersten Ende 16a des Wellenabschnitts 7 in Richtung des zweiten Endes 16b des Wellenabschnitts 7 zunächst in einem ersten Teilabschnitt 7a zu und dann in einem zweiten Teilabschnitt 7b wieder ab, wobei der zweite Teilabschnitt 7b sich an den ersten Teilabschnitt 7a anschließt.
Anfangs des ersten Teilabschnitts 7a weist der Wellenabschnitt 7 den Außendurchmesser d_w' auf, der entlang der Längsachse 4 der Nockenwelle 13 linear zunimmt und zwar bis zum ersten Nocken 3a, dann weiter im Bereich dieses ersten Nockens 3a, was durch die – im Bereich des ersten Nockens 3a – gestrichelt eingezeichnete Einhüllende 14 des Wellenabschnitts 7 sichtbar gemacht wird, bis hin zum zweiten d. h. mittleren Nocken 3b. Zwischen dem ersten Nocken 3a und dem zweiten Nocken 3b weist der Wellenabschnitt 7 lokal – wie eingezeichnet – den Außendurchmesser d_w'' auf. Im Bereich des mittleren Nockens 3b und damit auch am Ende des ersten Teilabschnitts 7a ist der Außendurchmesser d_w,m entlang der Nockenwellenlängsachse 4 gleich groß d. h. konstant. Es gilt: dw' < dw'' < dw,m
Anfangs des zweiten Teilabschnitts 7b, der sich an den ersten Teilabschnitt 7a anschließt, weist der Wellenabschnitt 7 den Außendurchmesser d_w,m auf, wie im Bereich des mittleren Nockens 3b auch. Entlang der Längsachse 4 der Nockenwelle 13 nimmt der Außendurchmesser d_w des Wellenabschnitts 7 im zweiten Teilbereich 7b dann linear ab und zwar bis zum dritten Nocken 3c, dann weiter im Bereich dieses dritten Nockens 3c, was durch die – im Bereich des dritten Nockens 3c – gestrichelt eingezeichnete Einhüllende 14 des Wellenabschnitts 7 sichtbar gemacht wird, bis hin zum zweiten Ende 16b des Wellenabschnitts 7.
Zwischen dem zweiten Nocken 3b und dem dritten Nocken 3c weist der Wellenabschnitt 7 lokal – wie eingezeichnet – den Außendurchmesser d_w''' auf. Am Ende des zweiten Teilabschnitts 7b weist der Wellenabschnitt 7 dann den Außendurchmesser d_w'''' auf. Es gilt: dw,m > dw''' > dw''''
Die Variation des Außendurchmessers d_w bewirkt, daß das Flächenträgheitsmoment des Wellenabschnitts 7 ausgehend vom ersten Ende 16a des Wellenabschnitts 7 in Richtung des zweiten Endes 16b des Wellenabschnitts 7 zunächst in einem ersten Teilabschnitt 7a zunimmt und dann in einem zweiten, sich anschließenden Teilabschnitt 7b wieder abnimmt.
Die Biegesteifheit der Nockenwelle 13 ist damit entsprechend den auftretenden Biegemomenten angepaßt bzw. ausgelegt.
2 zeigt schematisch in der Draufsicht eine Nockenwelle 13 mitsamt den Stößeln 2a, 2b und den Bohrungen 9, 9' zum Verbinden von Zylinderkopf und Zylinderblock.
Die Ventilbetätigungseinrichtungen 1a, 1b der Ventile umfassen jeweils einen Stößel 2a, 2b und einen Nocken 3a, 3b, 3c. Zwei benachbarten, sich berührenden Stößeln 2a, 2b ist ein gemeinsamer Nocken 3a, 3b, 3c zugeordnet. Die beiden Führungsbohrungen der jeweils sich berührenden Stößel 2a, 2b stehen miteinander in Verbindung d. h. sie sind miteinander verbunden, wodurch sich der Abstand der Stößel 2a, 2bd. h. der Abstand ihrer Längsachsen 5a, 5b verringert.
Die beiden Stößel 2a, 2b weisen eine zylinderförmige Grundform auf und sind jeweils auf ihrer Mantelfläche zur Ausbildung einer ebenen Fläche 8a, 8b abgeflacht, wobei die abgeflachten Flächen 8a, 8b gleichgroß ausgebildet sind, so daß es sich um Stößel 2a, 2b gleicher Bauart handelt. Die Abflachung 8a, 8b der Stößel 2a, 2b kann – beispielsweise – einen halben Millimeter betragen, aber auch mehr.
Die Stößel 2a, 2b berühren sich entlang ihrer abgeflachten Flächen 8a, 8b und bilden dabei eine Kontaktzone in Gestalt einer ebenen Kontaktfläche 6 aus. Die Kontaktfläche 6, in der sich die Stößel 2a, 2b berühren, verläuft senkrecht zur Längsachse 4 der Nockenwelle 13 und parallel zu den Längsachsen 5a, 5b der Stößel 2a, 2b. Die Kontaktfläche 8 wird dabei von einer Verbindungslinie, welche die Stößellängsachsen 5a, 5b verbindet und senkrecht auf den Stößellängsachsen 5a, 5b steht, durchstoßen. Die Verbindungslinie verläuft parallel zur Längsachse 4 der Nockenwelle 13.
Die Abflachung 8a, 8b der Stößel 2a, 2b führt zu einer Verringerung der durch die Stößel 2a, 2b bzw. die Führungsbohrungen beanspruchten Bauraumbreite im Zylinderblock in Richtung Nockenwellenlängsachse 4. Der Abstand der Stößellängsachsen 5a, 5b ist vorliegend kleiner als der Durchmesser der zylinderförmigen Grundform der Stößel 2a, 2b.
Zum Verbinden des Zylinderkopfes (nicht dargestellt) mit dem Zylinderblock (nicht dargestellt) werden sowohl im Zylinderkopf als auch im Zylinderblock Bohrungen 9, 9' vorgesehen, in die Gewindebolzen zum Verbinden des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock eingeführt und verschraubt werden.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform einer Drei-Zylinder-Brennkraftmaschine sind um jedes Zylinderrohr der drei Zylinder sechs Bohrungen 9, 9' zur Aufnahme von Verbindungsbolzen angeordnet. Die sechs Bohrungen 9, 9' sind jeweils hexagonal um eine Zylinderbohrung herum angeordnet, wobei vier Bohrungen 9 entsprechend dem Stand der Technik an den Eckpunkten eines gedachten Rechtecks angeordnet werden und zwei zusätzliche Bohrungen 9' vorgesehen sind.
Die zusätzlichen Bohrungen 9' bzw. ihre Längsachsen liegen auf Mittelebenen 10, die senkrecht zu der Längsachse 4 der Nockenwelle 13 und jeweils zwischen den Längsachsen 5a, 5b der beiden Stößel 5a, 5b der Einlaß- bzw. Auslaßventile verlaufen. Vorliegend liegen die Kontaktflächen 6 der Stößel 2a, 2b in diesen Mittelebenen 10. Der Anordnung der Bohrungen 9, 9' kann entnommen werden, daß die Längsachsen 5a, 5b der Stößel 2a, 2b bzw. Ventile gegenüber den Längsachsen der Zylinder bzw. Zylinderbohrungen angestellt sind.
Die Anordnung der zusätzlichen Bohrungen 9' wird dadurch ermöglicht, daß die Nockenwelle 13 nur an den beiden Enden 16a, 16b gelagert ist und sonst keine weiteren Lagerungen im Bereich des Wellenabschnitts 7 zur Aufnahme der Nockenwelle 13 vorgesehen sind.
Die Brennkraftmaschine verfügt aufgrund der Stößelanordnung über einen – im Vergleich zum Stand der Technik – geringen Abstand b der Zylinderbohrungen. Die Nockenwelle 13 ist aus diesem Grund und aufgrund der Tatsachse, daß nur an den beiden Enden 16a, 16b Lagerungen 11a, 11b vorgesehen sind, entsprechend kurz.
Im übrigen, insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Nockenwelle 13, wird bezug genommen auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei Verwendung der in den 1 und 2 dargestellten Nockenwelle 13 können Brennkraftmaschinen sehr kurzer Baulänge realisiert werden.

1a: Ventilbetätigungseinrichtung
1b: Ventilbetätigungseinrichtung
2a: Stößel
2b: Stößel
3a: Nocken, erster Nocken
3b: Nocken, zweiter Nocken
3c: Nocken, dritter Nocken
4: Längsachse der Nockenwelle, Längsachse bzw. Drehachse des Nockens
5a: Stößellängsachse
5b: Stößellängsachse
6: Kontaktfläche
7: Wellenabschnitt
7a: erster Wellenabschnitt
7b: zweiter Wellenabschnitt
8a: abgeflachte Fläche, Abflachung
8b: abgeflachte Fläche, Abflachung
9: Bohrung
9': zusätzliche Bohrung
10: Mittelebene
11a: Lagerung
11b: Lagerung
12: Innenbohrung, Kanal
13: Nockenwelle
14: Einhüllende
15: Anlaufbund, Anlaufscheibe
16a: erstes Ende des Wellenabschnitts
16b: zweites Ende des Wellenabschnitts
b: Abstand von zwei benachbarten Zylinderbohrungen
d_i: Durchmesser der Innenbohrung
d_w: Außendurchmesser des Wellenabschnitts

Claims

Nockenwelle (13) mit mindestens einem Wellenabschnitt (7), auf dem mindestens ein Nocken (3a, 3b, 3c) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Wellenabschnitt (7) an den beiden Enden (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß • das Flächenträgheitsmoment des mindestens einen Wellenabschnitts (7) ausgehend von einem Ende (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) in Richtung des anderen Endes (16a, 16b) des mindestens einen Wellenabschnitts (7) zunächst in einem ersten Teilabschnitt (7a) zunimmt und dann in einem zweiten Teilabschnitt (7b) wieder abnimmt, wobei der zweite Teilabschnitt (7b) sich an den ersten Teilabschnitt (7a) anschließt.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des mindestens einen Wellenabschnitts (7) im ersten Teilabschnitt (7a) zunimmt und im zweiten Teilabschnitt (7b) abnimmt.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des mindestens einen Wellenabschnitts (7) im ersten Teilabschnitt (7a) linear zunimmt und/oder im zweiten Teilabschnitt (7b) linear abnimmt.
Nockenwelle (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des mindestens einen Wellenabschnitts (7) ein Kanal (12) vorgesehen ist, der sich entlang der Längsachse (4) der Nockenwelle (13) erstreckt, so daß die Nockenwelle (13) als hohle Nockenwelle (13) ausgebildet ist.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12) eine Bohrung (12) ist.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kanals (12) im ersten und im zweiten Teilabschnitt (7a, 7b) gleichgroß und konstant ist.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kanals (12) im ersten Teilabschnitt (7a) abnimmt und im zweiten Teilabschnitt (7b) zunimmt.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kanals (12) im ersten Teilabschnitt (7a) linear abnimmt und im zweiten Teilabschnitt (7b) linear zunimmt.
Nockenwelle (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Nocken (3a, 3b, 3c) zumindest im Bereich der Nockennase ein Rollenelement mit mindestens einer drehbar gelagerten Rolle aufweist.
Nockenwelle (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mindestens einem Wellenabschnitt (7) mindestens zwei Nocken (3a, 3b, 3c) angeordnet sind.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Nocken (3a, 3b, 3c) als gemeinsamer Nocken (3a, 3b, 3c) ausgebildet sind.
Nockenwelle (13) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Nocken (3a, 3b, 3c) als voneinander getrennte Nocken ausgebildet sind.
Verwendung einer Nockenwelle (13) nach einem der vorherigen Ansprüche in einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Einlaßöffnung und/oder mindestens eine Auslaßöffnung aufweist, von denen jede Öffnung freigebbar bzw. verschließbar ist mittels eines Ventils, das mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung (1a, 1b) betätigbar ist, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung (1a, 1b) eines Ventils eine Nockenwelle (13) mit einem dem Ventil zugeordneten Nocken (3a, 3b, 3b) und einem im Kraftübertragungsweg zwischen Nocken (3a, 3b, 3b) und Ventil angeordneten Nockenfolgeelement (2a, 2b) umfaßt, das sich mit dem Nocken (3a, 3b, 3b) der rotierenden Nockenwelle (13) zumindest bei Ventilbetätigung in Eingriff befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (13) • nur mit einem Wellenabschnitt (7) versehen wird, und • ausschließlich an den beiden Enden (16a, 16b) dieses Wellenabschnitts (7) drehbar gelagert wird.