DE102007059079A1 - Cam for camshaft in reciprocating piston internal combustion engine, has base circuit formed by cam roller that is arranged in area of cam coaxial to cam shaft, where roller is formed as sliding supported roller or rolling-supported roller - Google Patents

Cam for camshaft in reciprocating piston internal combustion engine, has base circuit formed by cam roller that is arranged in area of cam coaxial to cam shaft, where roller is formed as sliding supported roller or rolling-supported roller Download PDF

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Abstract

The cam (1) has a cam tip (3) and a base circuit for controlling a valve i.e. stroke valve, of a reciprocating piston internal combustion engine. The base circuit is formed by a cam roller (7) arranged in an area of cam coaxial to a cam shaft (2), where the roller is formed as a sliding supported roller or rolling-supported roller. The external circumference of the cam roller is identical to the external circumference of the circuit. A base (8) with a sliding surface (9) is formed in a transition area between the sliding surface and the roller.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nocke einer Nockenwelle mit einer Nockenspitze und einem Grundkreis zur Steuerung eines Ventils in Hubkolben-Brennkraftmaschinen.The The invention relates to a cam of a camshaft with a cam tip and a base circuit for controlling a valve in reciprocating internal combustion engines.

Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement in Form eines Stabes, auf dem mindestens ein gerundeter Vorsprung angebracht ist. Die Welle dreht sich um die eigene Achse, durch den oder die auf ihr angebrachten Nocken wird diese Drehbewegung wiederholt in eine kurze Längsbewegung umgewandelt. Auf der Nockenwelle von Kolbenmotoren gibt es für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken. Der exzentrische Rotationsabschnitt der Nocke, die Nockenspitze, drückt das Ventil in die geöffnete Stellung. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schließt sich das Ventil durch die Ventilfeder. Der Grundkreis ist ein koaxialer Vorsprung mit einem bestimmten Radius auf der Nockenwelle, über den sich die Nockenspitze erhebt. Dieser Radius ist derart ausgestaltet, dass ein Ventil, welches im Bereich des Grundkreises an der Nocke anliegt, geschlossen ist.A Camshaft is a machine element in the form of a rod on which at least one rounded projection is attached. The shaft turns on its own axis, by the one or more attached to it Cam is repeated this rotational movement in a short longitudinal movement transformed. On the camshaft of piston engines there is for each Valve an eccentric cam. The eccentric rotation section the cam, the cam tip, pushes the valve into the open position Position. When the cam continues to turn, close the valve passes through the valve spring. The base circle is a coaxial one Projection with a certain radius on the camshaft, about the cam tip rises. This radius is designed such that a valve which rests on the cam in the region of the base circle, closed is.

Aus der DE 103 31 089 A1 ist eine Nockenwelle mit einer Lagerung in Form eines Wälzlagers bekannt. Im Gegensatz zu einem Gleitlager senkt das Wälzlager die Reibleistung. In letzter Konsequenz wird dadurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine vermindert beziehungsweise die am Kurbelwellenausgang zur Verfügung stehende Leistung erhöht.From the DE 103 31 089 A1 is known a camshaft with a bearing in the form of a rolling bearing. In contrast to a sliding bearing, the rolling bearing lowers the friction power. In the final analysis, this reduces the fuel consumption of the internal combustion engine or increases the power available at the crankshaft output.

Die günstigen Eigenschaften der Wälzlagerung auch auf die Nocke der Nockenwelle zu übertragen, ist bereits aus der DE 196 18 253 C1 bekannt. Die in dieser Schrift gezeigte Nocke weist eine Laufrolle auf, die in der Nockenspitze angeordnet ist. Durch diese Laufrolle lassen sich insbesondere die Reibungskräfte zwischen der Lauffläche des Nockens und dem Ventiltrieb deutlich reduzieren. Es wird auch gerade im kritischen Bereich der höchsten Rückstellkraft der Stößelfeder ein reibungsarmes Abrollen erzielt. Dieser Effekt ist jedoch nur in der Nockenspitze realisierbar. Die Wirkung dieses reibungsarmen Kontakts zwischen Nocke und Ventiltrieb ist jedoch sehr gering, da nur fünf Prozent des Außenumfangs auf die Nockenspitze entfallen.The favorable properties of rolling bearing to transfer to the cam of the camshaft is already out of the DE 196 18 253 C1 known. The cam shown in this document has a roller, which is arranged in the cam tip. In particular, the frictional forces between the running surface of the cam and the valve train can be significantly reduced by this roller. It is also achieved in the critical area of the highest restoring force of the plunger spring friction rolling. However, this effect is only possible in the top of the cam. However, the effect of this low-friction contact between cam and valve train is very low, since only five percent of the outer circumference are attributable to the cam tip.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nocke der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Kontakt zwischen Nocke und Ventiltrieb möglichst reibungsarm ist, der mechanische Verschleiß an der Nocke und an dem Ventil verringert wird und eine solche Nocke einfach und mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann.In front In this background, the invention is based on the object Cam of the type mentioned in such a way that the contact between the cam and the valve train is as low-friction as possible is the mechanical wear on the cam and on the Valve is reduced and such a cam simple and low Cost can be produced.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Nocke gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.These Task is solved with a cam according to the Features of claim 1. The dependent claims relate particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Nocke einer Nockenwelle mit einer Nockenspitze und einem Grundkreis zur Steuerung eines Ventils in Hubkolben-Brennkraftmaschinen vorgesehen, bei der der Grundkreis zumindest abschnittsweise durch eine Laufrolle gebildet ist, welche im Bereich der Nocke koaxial auf der Nockenwelle angeordnet ist. Hierdurch ist die Reibung in Ventiltrieben, insbesondere in Verbindung mit Tassenstößeln reduziert, wodurch unerwünschte Schubkräfte auf den Ventiltrieb, insbesondere den Stößel, vermieden werden und der Gleichlauf verbessert wird. Somit können zusätzliche Bauteile wie ein Rollenschlepphebel eingespart werden. So lassen sich insbesondere die Reibungskräfte zwischen der Lauffläche des Nockens und dem Stößel und/oder anderen Ventiltriebsteilen deutlich reduzieren und der mechanische Verschleiß verringern.According to the invention So a cam of a camshaft with a cam tip and a base circle provided for controlling a valve in reciprocating internal combustion engines, in which the base circle at least partially by a roller is formed, which in the region of the cam coaxial on the camshaft is arranged. As a result, the friction in valve trains, in particular in Reduced connection with bucket tappets, eliminating unwanted Shearing forces on the valve train, in particular the plunger, be avoided and the synchronization is improved. Thus, you can saved additional components such as a roller cam follower become. In particular, the frictional forces between the tread of the cam and the plunger and / or other valve train parts significantly reduce and the reduce mechanical wear.

Vorteilhafterweise ist der Außenumfang der Laufrolle identisch mit dem Außenumfang des Grundkreises. Hierdurch ist es möglich, die Reibung zwischen dem Ventiltrieb und der Nocke zu minimieren.advantageously, the outer circumference of the roller is identical to the outer circumference of the base circle. This makes it possible to reduce the friction between to minimize the valve train and the cam.

Bevorzugt weist der Nocken einen Grundkörper mit zumindest einer Gleitfläche auf, wobei der Grundkörper in einem Übergangsbereich zwischen der Gleitfläche und der Laufrolle tangential zum Radius der Laufrolle ausgebildet ist. Durch eine solche konturbündige Ausbildung des Grundkörpers ist es möglich, dass der jeweilige Übergang von den Laufrollen zu der Gleitfläche beziehungsweise von der Gleitfläche zu den Laufrollen nahezu ruck- und/oder impulsfrei erfolgen kann.Prefers the cam has a base body with at least one Sliding surface, wherein the main body in a transition region between the sliding surface and the roller tangential to Radius of the roller is formed. By such a konturbündige Training the main body, it is possible that the respective transition from the rollers to the sliding surface or from the sliding surface to the rollers almost can be done without jerk and / or pulse.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Laufrolle als gleit- oder wälzgelagerte Rolle ausgebildet ist. Hierdurch ist die Reibung zwischen dem Nocken und dem Ventiltrieb, beispielsweise einem Tassenstößel mit fester Kontaktfläche, reduziert.In advantageous embodiment is provided that the roller as is formed sliding or rolling roller. hereby is the friction between the cam and the valvetrain, for example a bucket tappet with fixed contact surface, reduced.

Vorteilhaft ist es, wenn die Laufrolle einen Außenumfang aufweist, der im Bereich des Grundkreises größer als der Außenumfang des Grundkörpers ist. Hierdurch ist es möglich, dass ausschließlich diese Laufrolle den Ventiltrieb kontaktiert, wenn der Grundkreis des Nockens den Ventiltrieb überstreicht.Advantageous it is when the roller has an outer circumference, in the area of the base circle larger than the Outside circumference of the body is. This is it is possible that only this caster contacted the valvetrain when the base circle of the cam Valve gear sweeps over.

Günstig ist es, dass der Grundkörper Wangen aufweist, die beiderseits der Laufrolle angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich die Laufrolle auf einfache Weise sicher in ihrer Lage auf der Nockenwelle zu halten und eine Verschiebung der Laufrolle in Richtung der Achse der Nockenwelle zu verhindern.It is favorable that the base body has cheeks which are arranged on both sides of the roller. This makes it possible to easily keep the roller safely in position on the camshaft and verhin a displacement of the roller in the direction of the axis of the camshaft countries.

Der Grundkörper kann aus mehreren Einzelteilen mit Verbindungselementen zusammengesetzt werden oder in seiner wesentlichen Struktur einteilig ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, den Verschleiß der Nocke weiter zu reduzieren und die Nocke bei geringer Masse derart auszuführen, dass diese auch höchsten dynamischen Beanspruchungen Stand hält.Of the The basic body can consist of several individual parts with connecting elements be assembled or formed in one piece in its essential structure be. This makes it possible to reduce the wear Nock further reduce and the cam at low mass such that they also have the highest dynamic Withstand stresses.

Günstig ist es, dass die Nockenwelle mittels Wälzlagern gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Ölversorgungsbedarf geringer ist, was zu einer Wirkungsgradsteigerung des Motors führt.Cheap it is that the camshaft is supported by rolling bearings is. This makes it possible that the oil supply requirement is lower, which leads to an increase in efficiency of the engine.

Vorteilhaft ist es, dass in der Nocke zusätzlich zumindest eine Hubrolle, insbesondere in der Nockenspitze, angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Gleitfläche der Nocke weiter reduziert und somit die Reiblast verringert wird.Advantageous is it that in the cam in addition at least one lifting roller, in particular in the cam tip, is arranged. This is it possible for the sliding surface of the cam to continue reduces and thus the friction load is reduced.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe Invention allows for numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is in the drawing and will be described below. These shows in

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Nocken, 1 a perspective view of a cam according to the invention,

2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Nocken und 2 a cross-sectional view of in 1 shown cam and

3 eine Explosionsgrafik des in 1 gezeigten Nocken. 3 an exploded view of the in 1 shown cam.

Die 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Nocken 1, der an einer Nockenwelle 2 befestigt ist. Wie jeder gewöhnliche Nocken weist auch dieser erfindungsgemäße Nocken 1 einen Grundkreis 4 und eine darüber erhabene Nockenspitze 3 auf. Die Formgebung des Nockens 1 wird wesentlich von einem Grundkörper 8 mit Wangen 10 und einer der Nockenwelle 2 zugeordneten Laufrolle 7 sowie einer der Nockenspitze 3 zugeordneten Hubrolle 5 bestimmt. Zur Reduzierung der Reibleistung im Bereich der höchsten Rückstellkraft einer nicht gezeigten Ventilfeder ist in der Nockenspitze 3 die Hubrolle 5 vorgesehen. Diese Hubrolle 5 ist auf einer Achse 6 positioniert, wobei die Achse 6 in den Wangen 10 des Grundkörpers 8 befestigt ist. Die Laufrolle 7 ist koaxial und drehbeweglich auf der Nockenwelle 2 angeordnet und überträgt die auf sie einwirkenden Kräfte direkt auf die Nockenwelle 2. Die erfindungsgemäße Anordnung der Laufrolle 7 im Nocken 1 ist überraschenderweise möglich geworden, indem der Grundkörper 8 des Nocken 1 im Bereich der Nockenwelle 2 mit einer Ausnehmung 11 versehen wurde. Die feste Positionierung des Grundkörpers 8 auf der Nockenwelle 2 erfolgt mittels der die Laufrolle 7 einschließenden Wangen 10. Üblicherweise gleitet der gesamte Nocken 1 mit seiner Umfangslauffläche an dem Ventiltrieb entlang und bewegt so das Ventil. Der Ventiltrieb kann direkt, also im Kontakt zwischen Ventilstößel und Nocken 1, erfolgen oder indirekt über ein zwischengeschaltetes Element wie etwa einen Rollschlepphebel. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Nocken 1 ist eine gleitende Bewegung der Lauffläche an dem Ventiltrieb minimiert. Die Rollen 5, 7 können als gleit-, wälz- oder kugelgelagerte Rollen ausgebildet sein. In der Ausführungsform gemäß 1 bis 3 ist die Laufrolle 7 als wälzgelagerte Rolle mit Lagernadeln 12 und die Hubrolle 5 mit der Achse 6 als gleitgelagerte Rolle ausgeführt. Eine gleitende Bewegung des Grundkörpers 8 ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Nocken 1 nur im Bereich einer Gleitfläche 9 gegeben. In einem Übergangsbereich zwischen der Gleitfläche 9 und der jeweiligen Rolle 5, 7 weist der Querschnitt des Grundkörpers 8 denselben Krümmungsradius auf wie die angrenzende Rolle 5, 7. Der Außenumfang der Rollen 5, 7 überragt den Außenumfang der Wangen 10 und des Grundelements 8 im Bereich außerhalb der Gleitfläche 9 geringfügig.The 1 to 3 show a cam according to the invention 1 that is connected to a camshaft 2 is attached. Like any ordinary cam, this cam according to the invention also has 1 a base circle 4 and a raised cam top 3 on. The shape of the cam 1 becomes essential of a basic body 8th with cheeks 10 and one of the camshafts 2 associated caster 7 as well as one of the cam tips 3 associated lifting roller 5 certainly. To reduce the friction in the area of the highest restoring force of a valve spring, not shown is in the top of the cam 3 the lifting roller 5 intended. This lifting roller 5 is on an axis 6 positioned, with the axis 6 in the cheeks 10 of the basic body 8th is attached. The roller 7 is coaxial and rotatable on the camshaft 2 arranged and transmits the forces acting on them directly to the camshaft 2 , The inventive arrangement of the roller 7 in the cam 1 has surprisingly become possible by the main body 8th of the cam 1 in the area of the camshaft 2 with a recess 11 was provided. The fixed positioning of the body 8th on the camshaft 2 done by means of the roller 7 enclosing cheeks 10 , Usually, the entire cam slides 1 with its circumferential tread along the valvetrain, thus moving the valve. The valve train can directly, ie in contact between the valve lifter and cam 1 , or indirectly via an intermediate element, such as a roller cam follower. In the inventive design of the cam 1 a sliding movement of the tread on the valve train is minimized. The roles 5 . 7 can be designed as sliding, rolling or ball-bearing rollers. In the embodiment according to 1 to 3 is the roller 7 as a roller bearing roller with bearing needles 12 and the lifting roller 5 with the axis 6 designed as a sliding roller. A sliding movement of the body 8th is in the inventive design of the cam 1 only in the area of a sliding surface 9 given. In a transition area between the sliding surface 9 and the respective role 5 . 7 has the cross section of the main body 8th the same radius of curvature as the adjacent roll 5 . 7 , The outer circumference of the rollers 5 . 7 surmounts the outer circumference of the cheeks 10 and the primitive 8th in the area outside the sliding surface 9 slightly.

3 zeigt eine Explosionsgrafik des in den 1 und 2 gezeigten Nockens 1. Der Grundkörper 8 kann aus einem Stück durch Freimachungen gefertigt werden oder, wie in 3 dargestellt, aus mehreren Einzelteilen mit einem Verbindungselement 13 und/oder durch Fügungen hergestellt werden. Der dargestellte Grundkörper 8 ist zweiteilig und weist eine Ausnehmung 11 für die Laufrolle 7 auf, die von zwei Wangen 10 in ihrem Sitz auf der Nockenwelle 2 umschlossen wird. Für die Nockenwelle 2 sind in den Wangen 10 Durchbrechungen 14 vorgesehen. Die Achse 6 der Hubrolle 5 in der Nockenspitze 3 ist in Aufnahmen 15 in den Wangen 10 des Grundelements 8 gehalten. Die Teile des Grundkörpers 8 sind über dessen Wangen 10 auf der Nockenwelle 2 beispielsweise durch Verschweißen, Verpressen und/oder Formschluss montiert und werden mittels des Verbindungselements 13 zusammengehalten. Die Laufrolle 7 ist als Wälzlager mit Lagernadeln 12 ausgebildet, wobei die Lagernadeln 12 mittels der Wangen 10 in axialer Richtung unverschieblich positioniert sind. 3 shows an exploded view of the in the 1 and 2 shown cam 1 , The main body 8th can be made in one piece by franking or, as in 3 shown, of several individual parts with a connecting element 13 and / or produced by joints. The illustrated basic body 8th is in two parts and has a recess 11 for the roller 7 on, by two cheeks 10 in her seat on the camshaft 2 is enclosed. For the camshaft 2 are in the cheeks 10 perforations 14 intended. The axis 6 the lifting roller 5 in the tip of the cam 3 is in recordings 15 in the cheeks 10 of the primitive 8th held. The parts of the body 8th are over his cheeks 10 on the camshaft 2 for example, by welding, pressing and / or positive locking mounted and are by means of the connecting element 13 held together. The roller 7 is as a rolling bearing with bearing needles 12 formed, with the bearing needles 12 by means of the cheeks 10 are positioned immovably in the axial direction.

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  • - DE 19618253 C1 [0004] - DE 19618253 C1 [0004]

Claims (9)

Nocke (1) einer Nockenwelle (2), mit einer Nockenspitze (3) und einem Grundkreis (4) zur Steuerung eines Ventils, insbesondere eines Hubventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkreis (4) zumindest abschnittsweise durch eine Laufrolle (7) gebildet ist, welche im Bereich der Nocke (1) koaxial auf der Nockenwelle (2) angeordnet ist.Cam ( 1 ) a camshaft ( 2 ), with a cam tip ( 3 ) and a base circle ( 4 ) for controlling a valve, in particular a lift valve of a reciprocating internal combustion engine, characterized in that the base circle ( 4 ) at least in sections by a roller ( 7 ) is formed, which in the region of the cam ( 1 ) coaxially on the camshaft ( 2 ) is arranged. Nocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang der Laufrolle (7) identisch mit dem Außenumfang des Grundkreises (4) ist.Cam according to claim 1, characterized in that the outer periphery of the roller ( 7 ) identical to the outer circumference of the base circle ( 4 ). Nocke nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1) einen Grundkörper (8) mit zumindest einer Gleitfläche (9) aufweist, wobei der Grundkörper (8) in einem Übergangsbereich zwischen der Gleitfläche (9) und der Laufrolle (7) tangential zum Radius der Laufrolle (7) ausgebildet ist.Cam according to claims 1 or 2, characterized in that the cam ( 1 ) a basic body ( 8th ) with at least one sliding surface ( 9 ), wherein the basic body ( 8th ) in a transition region between the sliding surface ( 9 ) and the roller ( 7 ) tangential to the radius of the roller ( 7 ) is trained. Nocke nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle (7) als gleit- oder wälzgelagerte Rolle ausgebildet ist.Cam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the roller ( 7 ) is designed as a sliding or roller bearing roller. Nocke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle (7) einen Außenumfang aufweist, der im Bereich des Grundkreises (4) größer als der Außenumfang des Grundkörpers (8) ist.Cam according to claim 3, characterized in that the roller ( 7 ) has an outer circumference in the region of the base circle ( 4 ) greater than the outer circumference of the body ( 8th ). Nocke nach zumindest einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (8) Wangen (10) aufweist, die beiderseits der Laufrolle (7) angeordnet sind.Cam according to at least one of claims 3 and 5, characterized in that the basic body ( 8th ) Cheeks ( 10 ), which on both sides of the roller ( 7 ) are arranged. Nocke nach zumindest einem der Ansprüche 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (8) in seiner wesentlichen Struktur einteilig ist.Cam according to at least one of claims 3, 5 and 6, characterized in that the basic body ( 8th ) is integral in its essential structure. Nocke nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) mittels Wälzlagern gelagert ist.Cam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the camshaft ( 2 ) is mounted by means of rolling bearings. Nocke nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nocke (1) zumindest eine Hubrolle (5), insbesondere in der Nockenspitze (3), angeordnet ist.Cam according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the cam ( 1 ) at least one lifting roller ( 5 ), especially in the tip of the cam ( 3 ) is arranged.
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