DE102009012141A1

DE102009012141A1 - Konzentrische Nockenwelle mit unabhängiger Lagerfläche für frei bewegliche Nocken

Info

Publication number: DE102009012141A1
Application number: DE102009012141A
Authority: DE
Inventors: Glenn E. Washington Clever; Rodney K. Washington Elnick; Roy Glenn Jackson Kaywood
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2009-10-01
Also published as: US7849829B2; US20090229551A1; CN101532405B; CN101532405A

Abstract

Eine Nockenwelle kann eine erste Welle, ein an der ersten Welle befestigtes erstes Nockenelement, ein an der ersten Welle befestigtes zweites Nockenelement und ein drittes Nockenelement umfassen. Das erste Nockenelement kann einen ersten Nockenabschnitt und einen ersten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem ersten Nockenabschnitt axial weg erstreckt. Das zweite Nockenelement kann einen zweiten Nockenabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem zweiten Nockenabschnitt axial weg zu dem ersten Lagerabschnitt hin erstreckt. Das dritte Nockenelement kann ein erstes Ende, das an dem ersten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist, und ein zweites Ende umfassen, das an dem zweiten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motornockenwellenanordnungen und insbesondere konzentrische Nockenwellenanordnungen.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Motoren umfassen typischerweise eine Nockenwelle, um Einlass- und Auslassventile zu betätigen. Einige Nockenwellen sind konzentrische Nockenwellen, die eine Relativdrehung zwischen den Einlass- und Auslassnocken bereitstellen. Die Einlassnocken können an einer äußeren Welle zur Drehung mit der Welle befestigt sein und die Auslassnocken können an der Welle drehbar gelagert sein. Alternativ können die Auslassnocken an der äußeren Welle zur Drehung mit der Welle befestigt sein und die Einlassnocken können an der Welle drehbar gelagert sein. Bei beiden Anordnungen können die Nocken, die an der Welle drehbar gelagert sind, eine Außenfläche der äußeren Welle als Lagerfläche verwenden. Die Verwendung der Außenfläche der Welle als Lagerfläche kann für den Außendurchmesser der äußeren Welle engere Toleranzen und damit zusätzliche maschinelle Bearbeitungsoperationen erforderlich machen, die zu zusätzlichen Kosten führen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Nockenwelle kann eine erste Welle, ein an der ersten Welle befestigtes erstes Nockenelement, ein an der ersten Welle befestigtes zweites Nockenelement und ein drittes Nockenelement umfassen. Das erste Nockenelement kann einen ersten Nockenabschnitt und einen ersten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem ersten Nockenabschnitt axial weg erstreckt. Das zweite Nockenelement kann einen zweiten Nockenabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem zweiten Nockenabschnitt axial weg zu dem ersten Lagerabschnitt hin erstreckt. Das dritte Nockenelement kann ein erstes Ende, das an dem ersten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist, und ein zweites Ende umfassen, das an dem zweiten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist.
Eine Motoranordnung kann eine Motorstruktur, eine an der Motorstruktur gelagerte Nockenwelle und einen mit der Nockenwelle gekoppelten Nockenphasensteller umfassen. Die Nockenwelle kann eine erste Welle, ein an der ersten Welle befestigtes erstes Nockenelement, ein an der ersten Welle befestigtes zweites Nockenelement und ein drittes Nockenelement umfassen. Das erste Nockenelement kann einen ersten Nockenabschnitt und einen ersten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem ersten Nockenabschnitt axial weg erstreckt. Das zweite Nockenelement kann einen zweiten Nockenabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt umfassen, der sich von dem zweiten Nockenabschnitt axial weg zu dem ersten Lagerabschnitt hin erstreckt. Das dritte Nockenelement kann ein erstes Ende, das an dem ersten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist, und ein zweites Ende umfassen, das an dem zweiten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist. Der Nockenphasensteller kann das dritte Nockenelement an dem ersten und zweiten Lagerabschnitt selektiv drehen.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschranken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen sind nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung keinesfalls einschränken.
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle und des Nockenphasenstellers von 1;
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Nockenwelle von 1; und
4 ist eine Teilschnittansicht der Nockenwelle von 1.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen. Es versteht sich, dass in allen Zeichnungen entspre chende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Nun ist mit Bezug auf 1 eine beispielhafte Motoranordnung 10 schematisch veranschaulicht. Die Motoranordnung 10 kann einen Motor 12 umfassen, der mehrere Zylinder 14 mit darin angeordneten Kolben 16 definiert. Der Motor 12 kann ferner ein Einlassventil 18, ein Auslassventil 20 und Einlass- und Auslassventilhubmechanismen 22, 24 für jeden Zylinder 14, sowie eine Nockenwelle 26 und einen Nockenphasensteller 28 umfassen.
Der Einlassventilhubmechanismus 22 kann eine Stößelstange 30 und einen Kipphebelarm 32 umfassen. Der Auslassventilhubmechanismus 24 kann zusätzlich eine Stößelstange 30 und einen Kipphebelarm 32 umfassen. Die Nockenwelle 26 kann durch eine Motorstruktur, wie etwa einen Motorblock, gelagert sein. Stößelstangen 30 können mit der Nockenwelle 26 in Eingriff stehen, um die Kipphebelarme 32 zu betätigen, und können die Einlass- und Auslassventile 18, 20 selektiv öffnen. Obwohl die Motoranordnung 10 als ein Stößelstangenmotor veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die vorliegende Offenbarung auch auf eine Vielzahl anderer Motorkonfigurationen angewandt werden kann, wie etwa Motoren mit obenliegender Nocke, bei denen die Nockenwelle 26 durch einen Zylinderkopf gelagert ist.
Mit Bezug auf 2–4 kann die Nockenwelle 26 erste und zweite Wellen 34, 36, einen ersten Satz Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46, einen zweiten Satz Nockenelemente 48, 50, 52, 54 und Mitnehmerstifte 55 umfassen. Bei dem vorliegenden Beispiel kann der erste Satz Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46 einen Einlassnockensatz bilden und der zweite Satz Nockenelemente 48, 50, 52, 54 kann einen Auslassnockensatz bilden. Es versteht sich jedoch, dass alternative Anordnungen bereitgestellt werden können, bei denen der erste Satz Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46 einen Auslassnockensatz bilden kann und der zweite Satz Nockenelemente 48, 50, 52, 54 einen Einlassnockensatz bilden kann.
Die zweite Welle 36 kann innerhalb der ersten Welle 34 drehbar angeordnet sein. Die erste Welle 34 kann durch sie hindurch verlaufende Schlitze 57 umfassen und die zweite Welle 36 kann Öffnungen 59 umfassen, welche die Stifte 55 darin aufnehmen und den zweiten Satz Nockenelemente 48, 50, 52, 54 zur Drehung mit der zweiten Welle 36 koppeln. Die Schlitze 57 in der ersten Welle 34 können allgemein einen Drehweg der Stifte 55 darin ermöglichen.
Der erste Satz Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46 kann zur Drehung mit der ersten Welle 34 befestigt sein. Der Eingriff zwischen dem ersten Satz Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46 und der ersten Welle 34 kann einen Reibungspassungseingriff umfassen. Der zweite Satz Nockenelemente 48, 50, 52, 54 kann zwischen benachbarten Nockenelementen des ersten Satzes Nockenelemente 38, 40, 42, 44, 46 angeordnet sein.
Die Nockenelemente 38, 46 können einander allgemein ähneln. Das Nockenelement 38 wird daher mit dem Verständnis beschrieben, dass die Beschreibung gleichermaßen auf das Nockenelement 46 zutrifft. Das Nockenelement 38 kann einen Lagerzapfenabschnitt 56, einen Nockenabschnitt 58 und einen Lagerabschnitt 60 umfassen.
Wie in 4 zu sehen ist, kann das Nockenelement 38 eine Bohrung 62 umfassen, die an den Lagerzapfen- und Nockenabschnitten 56, 58 eine erste radiale Innenfläche 64, und an dem Lagerabschnitt 60 eine zweite radiale Innenfläche 66 definiert. Die zweite radiale Innenfläche 66 kann relativ zu der ersten radialen Innenfläche 64 radial nach außen versetzt sein, wodurch dazwischen eine abgestufte Region 68 ausgebildet ist. Insbesondere kann die erste radiale Innenfläche 64 einen ersten Durchmesser (D1) definieren, der kleiner als ein zweiter Durchmesser (D2) ist, der durch die zweite radiale Innenfläche 66 definiert ist.
Die Nockenelemente 40, 42, 44 können einander allgemein ähneln. Daher wird das Nockenelement 40 mit dem Verständnis beschrieben, dass die Beschreibung gleichermaßen auf die Nockenelemente 42, 44 zutrifft. Das Nockenelement 40 kann einen Lagerzapfenabschnitt 70, erste und zweite Nockenabschnitte 72, 74 und erste und zweite Lagerabschnitte 76, 78 umfassen. Der erste Lagerabschnitt 76 kann sich von dem ersten Nockenabschnitt 72 axial weg und zu dem Lagerabschnitt 60 des Nockenelements 38 hin erstrecken.
Das Nockenelement 40 kann eine Bohrung 80 umfassen, die eine erste radiale Innenfläche 82 an dem Lagerzapfen- und den Nockenabschnitten 70, 72, 74, eine zweite radiale Innenfläche 84 an dem ersten Lagerabschnitt 76 und eine dritte radiale Innenfläche 86 an dem zweiten Lagerabschnitt 78 definiert. Die zweite und die dritte radiale Innenfläche 84, 86 können relativ zu der ersten radialen Innenfläche 82 radial nach außen versetzt sein, wobei sie dazwischen abgestufte Regionen 88, 90 ausbilden. Insbesondere kann die erste radiale Innenfläche 82 einen dritten Durchmesser (D3) definieren, der kleiner als ein vierter Durchmesser (D4) ist, der von der zweiten und der dritten radialen Innenfläche 84, 86 definiert wird.
Die Nockenelemente 48, 50, 52, 54 können einander allgemein ähneln. Das Nockenelement 48 wird daher mit dem Verständnis beschrieben, dass die Beschreibung gleichermaßen auf die Nockenelemente 50, 52, 54 zu trifft. Das Nockenelement 48 kann erste und zweite Nockenabschnitte 92, 94 und einen Verbindungsabschnitt 96, der sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten Nockenabschnitt 92, 94 erstreckt und den ersten und den zweiten Nockenabschnitt 92, 94 aneinander befestigt, umfassen. Der Verbindungsabschnitt 96 kann allgemein eine Befestigungsregion für das Nockenelement 48 bilden und kann eine Öffnung 98 umfassen, die den Stift 55 aufnimmt, um das Nockenelement 48 mit der zweiten Welle 36 zu koppeln.
Das Nockenelement 48 kann eine Bohrung 100 umfassen, die erste und zweite radiale Innenflächen 102, 104 an dem ersten und dem zweiten Nockenabschnitt 92, 94 und eine dritte radiale Innenfläche 106 an dem Verbindungsabschnitt 96 definiert. Die erste und zweite radiale Innenfläche 102, 104 können relativ zu der dritten radialen Innenfläche 106 radial nach außen versetzt sein, wobei sie dazwischen abgestufte Regionen 108, 110 ausbilden. Insbesondere können die erste und zweite radiale Innenfläche 102, 104 einen fünften Durchmesser (D5) definieren, der größer als ein sechster Durchmesser (D6) ist, der durch die dritte radiale Innenfläche 106 definiert wird.
Wie in 4 zu sehen ist, können die erste und zweite radiale Innenfläche 102, 104 des Nockenelements 48 an den Lagerabschnitten 60, 76 drehbar gelagert sein. Der sechste Durchmesser (D6) kann kleiner als der Außendurchmesser (D7) der Lagerabschnitte 60, 76 sein.
Wie voranstehend erörtert kann sich die erste Welle 34 in den Bohrungen 62, 80, 100 der Nockenelemente 38, 40, 48 befinden. Die erste Welle 34 kann einen Außendurchmesser (D8) aufweisen, der kleiner als der zweite Durchmesser (D2) ist, der durch die zweite radiale Innenfläche 66 des Nockenelements 38 definiert ist, und der kleiner als der vierte Durchmesser (D4) ist, der durch die zweite und dritte radiale Innenfläche 84, 86 des Nockenelements 40 definiert ist. Eine ringförmige Ausnehmung (C1) kann radial zwischen einem Gesamtumfang der ersten Welle 34 und der zweiten radialen Innenfläche 66 des Nockenelements 38 und zwischen einem Gesamtumfang der ersten Welle 34 und der zweiten und der dritten radialen Innenfläche 84, 86 des Nockenelements 40 existieren.
Beim Zusammenbau kann es sein, dass die zweite radiale Innenfläche 66 des Nockenelements 38 und die zweite und dritte radiale Innenfläche 84, 86 des Nockenelements 43 nicht in direktem Kontakt mit der ersten Welle 34 stehen. Daher verwindet die Kopplung zwischen den Nockenelementen 38, 42 und der ersten Welle 34 die Lagerabschnitte 60, 76, 78 nicht. Zum Beispiel kann eine radial nach außen gerichtete Kraft von innerhalb der ersten Welle 34 aus aufgebracht werden, um die erste Welle 34 zu deformieren und den Reibungseingriff zwischen den Nockenelementen 38, 42 und der ersten Welle 34 an der ersten radialen Innenfläche 64 des Nockenelements 38 und an der ersten radialen Innenfläche 82 des Nockenelements 42 bereitzustellen. Aufgrund des Versatzes zwischen der zweiten radialen Innenfläche 66 des Nockenelements 38 und der ersten Welle 34 und des Versatzes zwischen der zweiten und dritten radialen Innenfläche 84, 86 des Nockenelements 40 und der ersten Welle 34 kann der Abschnitt der ersten Welle 34, der sich innerhalb der Lagerabschnitte 60, 76, 78 befindet, deformiert werden, ohne die Lagerabschnitte 60, 76, 78 zu deformieren oder zu verwinden. Die radial nach außen gerichtete Kraft kann auf eine Vielzahl von Wegen aufgebracht werden, die das Drücken einer Kugel durch eine Bohrung, einen Spreizdorn und hydraulische Aufweitung umfassen.
Der durch die dritte radiale Innenfläche 106 des Nockenelements 48 definierte sechste Durchmesser (D6) kann auch größer als der Außendurch messer (D8) der ersten Welle 34 sein. Eine ringförmige Ausnehmung (C2) kann radial zwischen einem Gesamtumfang der ersten Welle 34 und der dritten radialen Innenfläche 106 des Nockenelements 48 existieren. Daher beeinträchtigt die Oberflächenbeschaffenheit der ersten Welle 34 die Lagerunterstützung des Nockenelements 48 nicht. Die Toleranz für den Außendurchmesser (D8) der ersten Welle 34 kann auch erhöht werden, da die erste Welle 34 keinerlei direkte Lagerunterstützung für das Nockenelement 48 bereitstellt.

Claims

Nockenwelle, die umfasst: eine erste Welle; ein erstes Nockenelement, das an der ersten Welle befestigt ist und einen ersten Nockenabschnitt und einen ersten Lagerabschnitt umfasst, der sich von dem ersten Nockenabschnitt axial weg erstreckt; ein zweites Nockenelement, das an der ersten Welle befestigt ist und einen zweiten Nockenabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt umfasst, der sich von dem zweiten Nockenabschnitt axial weg zu dem ersten Lagerabschnitt hin erstreckt; und ein drittes Nockenelement, das ein erstes Ende, das auf dem ersten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist, und ein zweites Ende umfasst, das auf dem zweiten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, wobei das erste Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem ersten Nockenabschnitt definiert, welche an die erste Welle angrenzt und mit der ersten Welle in Reibungseingriff steht.
Nockenwelle nach Anspruch 2, wobei die Bohrung eine zweite radiale Innenfläche an dem ersten Lagerabschnitt definiert, die relativ zu der ersten Welle radial versetzt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, wobei das erste Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem ersten Nockenabschnitt und eine zweite radiale Innenfläche an dem ersten Lagerabschnitt definiert, welche relativ zu der ersten radialen Innenfläche radial nach außen versetzt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Welle umfasst, wobei die erste Welle eine durch sie hindurch verlaufende Bohrung umfasst und die zweite Welle innerhalb der Bohrung zur Drehung relativ zu der ersten Welle angeordnet ist, wobei das dritte Nockenelement zur Drehung mit der zweiten Welle befestigt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 5, wobei das dritte Nockenelement einen dritten Nockenabschnitt und einen Befestigungsabschnitt umfasst, wobei der dritte Nockenabschnitt an dem ersten Lagerabschnitt gelagert ist und der erste Befestigungsabschnitt zur Drehung mit der zweiten Welle befestigt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, wobei das erste Ende des dritten Nockenelements einen dritten Nockenabschnitt umfasst.
Nockenwelle nach Anspruch 7, wobei das zweite Ende des dritten Nockenelements einen vierten Nockenabschnitt umfasst, wobei der dritte und der vierte Nockenabschnitt durch einen Verbindungsabschnitt verbunden sind, der sich axial zwischen dem dritten und dem vierten Nockenabschnitt erstreckt, wobei das dritte Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem dritten Nockenabschnitt, eine zweite radiale Innenfläche an dem vierten Nockenabschnitt und eine dritte radiale Innenfläche an dem Verbindungsabschnitt definiert, die relativ zu der ersten und zweiten radialen Innenfläche radial nach innen angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 8, wobei eine abgestufte Region zwischen der ersten und der dritten radialen Innenfläche ausgebildet ist, wobei die dritte radiale Innenfläche relativ zu einer Außenfläche des ersten Lagerabschnitts radial nach innen angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 8, wobei eine ringförmige Ausnehmung zwischen der dritten radialen Innenfläche des Verbindungsabschnitts und einer Außenfläche der ersten Welle definiert ist.
Motoranordnung, die umfasst: eine Motorstruktur; eine Nockenwelle, die an der Motorstruktur gelagert ist und umfasst: eine erste Welle; ein erstes Nockenelement, das an der ersten Welle befestigt ist und einen ersten Nockenabschnitt und einen ersten Lagerabschnitt umfasst, der sich von dem ersten Nockenabschnitt axial weg erstreckt; ein zweites Nockenelement, das an der ersten Welle befestigt ist und einen zweiten Nockenabschnitt und einen zweiten Lagerabschnitt umfasst, der sich von dem zweiten Nockenabschnitt axial weg zu dem ersten Lagerabschnitt hin erstreckt; und ein drittes Nockenelement, das ein erstes Ende, das an dem ersten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist, und ein zweites Ende umfasst, das an dem zweiten Lagerabschnitt drehbar gelagert ist; und einen mit der Nockenwelle gekoppelten Nockenphasensteller, der das dritte Nockenelement an den ersten und zweiten Lagerabschnitten selektiv dreht.
Motoranordnung nach Anspruch 11, wobei das erste Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem ersten Nockenabschnitt definiert, die an die erste Welle angrenzt und mit der ersten Welle in Reibungseingriff steht.
Motoranordnung nach Anspruch 12, wobei die Bohrung eine zweite radiale Innenfläche an dem ersten Lagerabschnitt definiert, die relativ zu der ersten Welle radial versetzt ist.
Motoranordnung nach Anspruch 11, wobei das erste Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem ersten Nockenabschnitt und eine zweite radiale Innenfläche an dem ersten Lagerabschnitt definiert, die relativ zu der ersten radialen Innenfläche radial nach außen versetzt ist.
Motoranordnung nach Anspruch 11, die ferner eine zweite Welle umfasst, wobei die erste Welle eine durch sie hindurch verlaufende Bohrung umfasst und die zweite Welle innerhalb der Bohrung zur Drehung relativ zu der ersten Wel le angeordnet ist, wobei das dritte Nockenelement zur Drehung mit der zweiten Welle befestigt ist.
Motoranordnung nach Anspruch 15, wobei das dritte Nockenelement einen dritten Nockenabschnitt und einen Befestigungsabschnitt umfasst, wobei der dritte Nockenabschnitt an dem ersten Lagerabschnitt gelagert ist und der erste Befestigungsabschnitt zur Drehung mit der zweiten Welle befestigt ist.
Motoranordnung nach Anspruch 11, wobei das erste Ende des dritten Nockenelements einen dritten Nockenabschnitt umfasst.
Motoranordnung nach Anspruch 17, wobei das zweite Ende des dritten Nockenelements einen vierten Nockenabschnitt umfasst, wobei der dritte und der vierte Nockenabschnitt durch einen Verbindungsabschnitt verbunden sind, der sich axial zwischen dem dritten und dem vierten Nockenabschnitt erstreckt, wobei das dritte Nockenelement eine Bohrung umfasst, die eine erste radiale Innenfläche an dem dritten Nockenabschnitt, eine zweite radiale Innenfläche an dem vierten Nockenabschnitt und eine dritte radiale Innenfläche an dem Verbindungsabschnitt definiert, die relativ zu der ersten und zweiten radialen Innenfläche radial nach innen angeordnet ist.
Motoranordnung nach Anspruch 18, wobei eine abgestufte Region zwischen der ersten und der dritten radialen Innenfläche ausgebildet ist, wobei die dritte radiale Innenfläche relativ zu einer Außenfläche des ersten Lagerabschnitts radial nach innen angeordnet ist.
Motoranordnung nach Anspruch 18, wobei eine ringförmige Ausnehmung zwischen der dritten radialen Innenfläche des Verbindungsabschnitts und einer Außenfläche der ersten Welle definiert ist.