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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Stützstruktur zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle, insbesondere eine Nockenwellenstützstruktur mit Rollenlager, und spezieller eine Rollenlagerstützstruktur für eine Konfiguration mit obenliegender Nockenwelle. Außerdem betrifft die Erfindung eine Rollenlagerstützstruktur für eine Konfiguration mit obenliegender Nockenwelle mit einem direktwirkenden Ventiltrieb Typ I, und einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Stützstruktur und einem direktwirkenden Ventiltrieb Typ I.
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Wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, hat ein Hubkolbenmotor oder Verbrennungsmotor eine oder mehrere Nockenwellen, wie zum Beispiel die in 1A gezeigte Nockenwelle 20. Die Nockenwellen bewegen separat linear die Einlass- und Auslassventile eines Ventiltriebs in Reaktion auf die Drehbewegung der Nockenwellen.
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Die Nockenwelle 20 weist üblicherweise einen Wellenabschnitt 22 und eine Mehrzahl von Nocken 24 auf. Der Wellenabschnitt 22 ist an einem oder mehreren Lagern und einer Gegenstruktur des Zylinderkopfes des Motors drehbar abgestützt. Die Nockenwelle 20 ist über einen Steuerriemen (nicht gezeigt) oder eine andere Struktur (z. B. Zahnräder) mit der Kurbelwelle des Motors verbunden, so dass sich die Nockenwelle entsprechend der Drehung der Kurbelwelle dreht.
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Da jeder Nocken 24 mit einem Einlass- oder Auslassventil wirksam gekuppelt oder verbunden ist, ist dieselbe Anzahl von Nocken wie die Anzahl von Ventilen vorgesehen. Jeder Nocken 24 hat einen Abschnitt mit relativ großem Durchmesser 24a, mitunter als Nockenbuckel bezeichnet, und einen Abschnitt mit relativ kleinem Durchmesser 24b. Die Mehrzahl von Nocken 24 sind entlang der Nockenwelle 20 derart angeordnet, dass die Positionen der Abschnitte mit großem Durchmesser 24a in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Daher können die Einlass- und Auslassventile, da sie mit den jeweiligen Nocken 24 wirksam verbunden sind, zu verschiedenen Zeiten in
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Reaktion auf die Drehung der jeweiligen Nockenwelle geöffnet und geschlossen werden.
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Ein solcher Hubkolbenmotor oder Verbrennungsmotor ist derart konfigurierbar, dass er einen oder mehrere Zylinder, insbesondere 4, 6, 8, 10 und 12 Zylinder haben kann. Ebenso können die Zylinder des Motors in Reihe, V-förmig geneigt oder in einer anderen bekannten Weise angeordnet sein. Daher sind die Anzahl der Nockenwellen und die Anordnung der Nockenwellen von der Anzahl und der Anordnung der Zylinder abhängig.
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Wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, kann ein Hubkolbenmotor oder Verbrennungsmotor derart angeordnet sein, dass er zwei Nockenwellen hat, die an der Oberseite jedes Zylinderkopfes und an jeder Seite der Einlass- und Auslassventile angeordnet sind. Eine solche Anordnung wird üblicherweise als Doppelanordnung der obenliegenden Nocken oder Nockenwelle (DOHC) bezeichnet. Bei einer solchen DOHC-Konfiguration sind die Nocken der einen Nockenwelle mit den Einlassventilen derart wirksam gekuppelt, dass sie das jeweilige Einlassventil zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen, und die Nocken der anderen Nockenwelle sind mit den Auslassventilen derart wirksam gekuppelt, dass sie das jeweilige Auslassventil zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen. Alternativ ist, wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, ein Verbrennungsmotor derart konfigurierbar, dass er eine Nockenwelle, d. h. eine einzige obenliegende Nockenwelle für jeden Zylinderkopf (SOHC) aufweist, wobei die Nocken entlang der Nockenwelle derart angeordnet sind, dass sie jedes Einlass- und Auslassventil zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen. In dem Falle, in dem der Verbrennungsmotor mehr als einen Zylinderkopf aufweist, wie z. B. bei dem Motor mit V-Konfiguration, sind zwei Sätze von Nockenwellen, d. h. ein Satz für jeden Zylinderkopf vorgesehen.
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Wenn das Einlassventil geöffnet ist, liegt der Abschnitt mit großem Durchmesser 24a des jeweiligen Nockens 24 an einem entsprechenden Ende des Einlassventils an. Auf diese Weise wird das Einlassventil gegen die Kraft der Ventilfeder nach unten gedrückt, wodurch der Einlassventilkopf von dem Ventilsitz verschoben wird und sich in den Zylinder hinein erstreckt. Wenn das Einlassventil geschlossen ist, liegt der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 24b des jeweiligen Nockens 24 an dem entsprechenden Ende des Einlassventils an, so dass das Einlassventil durch die Rückstellkraft der Ventilfeder nach oben gedrückt wird. Dies trifft auch für das Auslassventil zu, so dass deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Die üblichste Technik oder Einrichtung zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle 20 bei einer Motorkonfiguration mit obenliegender Nockenwelle ist eine Anordnung, die eine Mehrzahl von hydrodynamischen Dünnfilmlagern mit komplementärer Lagerstützstruktur in dem Zylinderkopf aufweist, wobei die hydrodynamischen Lager im Abstand voneinander entlang der Länge der Nockenwelle angeordnet sind. Spezieller ist eine Lageranordnung üblicherweise entsprechend dem jeweiligen Wellenabschnitt 22 der Nockenwelle vorgesehen. Bei einer solchen Lageranordnung wird Drucköl zwischen der Außenfläche jedes Wellenabschnitts 22 und der gegenüberliegenden hydrodynamischen Lagerstruktur eingeführt. Ein solcher Drucköldünnfilm in Kombination mit der anderen hydrodynamischen Lagerstruktur stützt die Nockenwelle drehbar ab, und das Öl wirkt auch als ein Schmiermittel derart, dass dadurch die Reibung reduziert wird, wenn sich die Nockenwelle dreht. Bei niedrigen Motordrehzahlen oder im Leerlauf des Motors erzeugt die Ölpumpe nicht genügend Druck, um den Drucköldünnfilm zu bilden, und vielmehr wird ein Mischfilm gebildet. Wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, erhöht dieser Mischfilmzustand die Reibkräfte im Vergleich zu dem Dünnfilmzustand, was bei solchen niedrigen Drehzahlen und im Leerlauf des Motors zu höheren Nockenwellendrehmomenten führt.
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Dies ist auch von Belang, wenn der Motor gestartet wird, nachdem er für eine Weile abgeschaltet war, da wahrscheinlich wenig oder gar kein Öl für die Schmierung zwischen der Nockenwelle und den Lagerstützflächen (z. B. kein oder wenig Schmiermittel zwischen der festen Struktur des Zylinderkopfes und der Nockenwelle) verfügbar ist, wenn der Motor gestartet wird. Mit anderen Worten ist es wahrscheinlich, dass es beim Starten des Motors einen Metall/Metall-Kontakt mit dem Wellenabschnitt 22 der Nockenwelle gibt, wodurch die Abnutzung an der Lageranordnung erhöht wird.
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In den US-Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern
US 2009/0235887 und
US 2010/0012059 ist jeweils ein Rollenlager vorgesehen, welches in Kombination mit einer Struktur in dem Zylinderkopf die Nockenwelle drehbar abstützt. Mit Bezug auf
1B ist das in der
US 2009/0235887 offenbarte Nadellager ein Rollenlager mit einem Außenring, der durch Verbinden einer Mehrzahl von bogenförmigen Außenringelementen in einer Umfangsrichtung gebildet wird, einer Mehrzahl von Nadelrollen, die entlang der Fläche des Innendurchmessers des Außenringes angeordnet sind, und einer Ölnut, die sich in einer Umfangsrichtung erstreckt und in der Fläche des Außendurchmessers des Außenringelementes ausgebildet ist.
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Mit Bezug auf
1C weist das in der
US 2010/0012059 offenbarte Rollenlager einen Außenring, der durch Verbinden einer Mehrzahl von bogenförmigen Außenringelementen in einer Umfangsrichtung gebildet wird, und eine Mehrzahl von Rollen auf, die entlang einer Fläche des Innendurchmessers des Außenringes angeordnet sind. Eine Schrägfläche ist an einem oder jedem Umfangsende einer Fläche des Innendurchmessers des Außenringelementes vorgesehen, und eine Konturlinie der Schrägfläche verläuft entlang einer Richtung senkrecht zu einer Drehrichtung der Rolle.
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Die in diesen beiden Dokumenten beschriebene Rollenlageranordnung ist für die Abstützung des Außenringelementes über die gesamte Breite vorgesehen (1B und 1C), weist einen Schmierkanal auf, der in dem oberen Lagerlaufring ausgebildet oder eingearbeitet ist und sich in einer Umfangsrichtung um die Mitte des oberen Lagerlaufringes erstreckt (1D), und hat eine tiefgezogene Außenlaufringgestaltung, um die Axialbewegung des Lagers zu steuern (1E). Wie in 2B gezeigt, bewirkt bei dem Ventiltrieb Typ I die Bearbeitung der Flächenaussparungen oder Ausnehmungen in dem Zylinderkopf zum Aufnehmen der Tassenstößel, dass die untere Lagerstützstruktur in dem Zylinderkopf eine erheblich reduzierte Breite hat. Eine solche reduzierte Breite bedeutet, dass die untere Lagerstützstruktur keine Stütze über die gesamte Breite einer Lageranordnung schafft, wie sie in den oben genannten Dokumenten vorzufinden ist.
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Außerdem wird durch den Schmierkanal, der in dem oberen Lagerlaufring ausgebildet oder eingearbeitet ist und sich in einer Umfangsrichtung um die Mitte des oberen Lagerlaufringes erstreckt, auch die Dicke des Laufringes in dem Bereich reduziert, in dem die reduzierte Breite der unteren Lagerstützstruktur bei einem Ventiltrieb Typ I vorzufinden wäre. Außerdem würde eine solche Nut bedeuten, dass wahrscheinlich ein Spalt zwischen dem Laufring und der unteren Lagerstützstruktur auftritt. Eine solche Konfiguration würde bedeuten, dass ein geringer oder gar kein Kontakt zwischen der Laufringnut und der unteren Lagerstützstruktur mit reduzierter Breite, insbesondere in dem Bereich der Nut bestehen würde, was inakzeptabel wäre.
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Ebenso bildet die tiefgezogene Außenlaufringgestaltung, die zur Steuerung der Axialbewegung des Lagers in der Konfiguration über die gesamte Breite beiträgt, ein Potential für eine inakzeptable Beeinflussung zwischen der beweglichen Struktur des Ventiltriebs, wo die Stößel und die betreffenden Nockenbuckel bei einem Ventiltrieb Typ I liegen.
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Darüber hinaus dreht sich, während sich die Nadelrollen um ihren Drehmittelpunkt in dem Rollenlager drehen, ebenfalls das Rollenlager selbst um die Mitte der Nockenwelle. Daher würde sich bei der Konfiguration des Ventiltriebs Typ I das Rollenlager durch die untere Lagerstützstruktur mit reduzierter Breite hindurch drehen. Wegen der oben beschriebenen Probleme wurde ein Rollenlager, wie es in den oben genannten Dokumenten beschrieben ist, nicht bei einem Verbrennungsmotor mit einem Ventiltrieb Typ I verwendet.
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Ebenso gibt die reduzierte Breite der unteren Lagerstütze auch weitere besondere Bedenken bezüglich der Verwendung eines hydrodynamischen Lagers bei einem Ventiltrieb Typ I während des Betriebs des Motors beim Starten, im Leerlauf und bei niedriger Drehzahl (z. B. erhöhte Reibkräfte).
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Mit der Erfindung werden eine Lagerstützstruktur und ein Verfahren zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle bei der Verwendung eines Ventiltriebs Typ I und eines Rollenlagerelements sowie eine Rollenlagerstützstruktur geschaffen, bei der die Größe und Konfiguration der zugehörigen Teile nicht bedeutend verändert werden.
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Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine rollengelagerte Nockenwellenstütze zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle eines Ventiltriebs Typ I vorgesehen, wobei die Nockenwelle wenigstens eine Drehfläche aufweist. Eine solche rollengelagerte Nockenwellenstütze weist wenigstens ein Rollenlager und wenigstens eine Lagerstütze für jedes Rollenlager auf, wobei jede Lagerstütze ein oberes Lagerstützelement und ein unteres Lagerstützelement aufweist. Jedes Rollenlager weist einen Innenlaufring, einen Außenlaufring und eine Mehrzahl von Rollelementen auf, die zwischen der Innenlaufring und dem Außenlaufring angeordnet sind und sich der Breite nach über die Laufringe erstrecken. Das obere Lagerstützelement und das untere Lagerstützelement sind derart konfiguriert, dass sie dazwischen ein Rollenlager aufnehmen. Ebenso ist das untere Lagerstützelement derart konfiguriert und angeordnet ist, dass es komplementär zu einem Abschnitt einer Konfiguration des Ventiltriebs Typ I ist.
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Nach dem einen Aspekt der Erfindung ist eine rollengelagerte Nockenwellenstütze zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle vorgesehen, die bei einem Ventiltrieb Typ I verwendet wird. Eine solche Nockenwelle weist wenigstens einen Nocken für jedes Einlassventil und Auslassventil und wenigstens eine Drehfläche auf, wobei die Nocken und die wenigstens eine Drehfläche entlang der Länge der Nockenwelle positioniert sind. Eine solche rollengelagerte Nockenwellenstütze weist wenigstens ein Rollenlager und wenigstens eine Lagerstütze für jedes des wenigstens einen Rollenlagers auf. Nach weiteren Ausführungsformen weist die Nockenwelle eine Mehrzahl von Nocken und eine Mehrzahl von Drehflächen auf, und die rollengelagerte Nockenwellenstütze weist eine Mehrzahl von Rollenlagern und eine Mehrzahl von Stützen auf, wobei jeweils ein Rollenlager und eine Lagerstütze für jede der Mehrzahl von Drehflächen vorgesehen sind.
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Jedes des wenigstens einen oder der Mehrzahl von Rollenlagern weist einen Innenlaufring, der sich am Umfang und axial um den Innenlaufring erstreckt, und eine Mehrzahl von Rollelementen auf, die zwischen dem Innenlaufring und dem Außenlaufring angeordnet sind und sich der Breite nach über die Laufringe erstrecken. Jede der wenigstens einen oder der Mehrzahl von Lagerstützen weist ein oberes Lagerstützelement und ein unteres Lagerstützelement auf.
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Das obere Lagerstützelement und das untere Lagerstützelement sind derart konfiguriert, dass sie dazwischen ein Rollenlager aufnehmen. Das untere Lagerstützelement ist derart konfiguriert und angeordnet, dass es komplementär zu einem Abschnitt einer Konfiguration des Ventiltriebs Typ I ist.
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Nach spezielleren Ausführungsformen weist das obere Lagerstützelement eine erste Innenfläche auf, die dem Innenlaufring gegenüberliegt und eine erste Breite hat, und das untere Lagerstützelement weist eine zweite Innenfläche auf, die dem Innenlaufring gegenüberliegt und eine zweite Breite hat. Bei einer solchen Anordnung ist die erste Breite größer als die zweite Breite, und die Breite des Innenlaufringes ist im Wesentlichen unveränderlich.
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Nach weiteren Ausführungsformen sind die erste und die zweite Breite derart, dass ein Verhältnis der zweiten Breite zu der ersten Breite in dem Bereich von ca. 30% bis ca. 50% liegt. Ebenso variiert die zweite Breite am Umfang zwischen einer minimalen Breite und einer maximalen Breite.
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Nach noch weiteren Ausführungsformen stehen die erste und die zweite Breite in einer oder mehreren der folgenden Beziehungen zueinander:
- (a) die minimale Breite W2 geteilt durch die erste Breite W1 liegt in dem Bereich von ca. 30% bis ca. 50% (d. h. ca. 30% ≤ W2/W1 ≤ 50%);
- (b) die zweite Breite W2 geteilt durch die erste Breite W1 ist größer oder gleich ca. 30% (d. h. ca. 30% ≤ W2/W1); oder
- (c) die minimale Breite der zweiten Breite geteilt durch die erste Breite ist kleiner oder gleich 50% (d. h. W2/W1 ≤ ca. 50%).
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Nach weiteren Ausführungsformen weist jedes Rollenlager ferner einen Käfig auf, welcher derart konfiguriert ist, dass die Mehrzahl von Rollelementen in einer Abstandsbeziehung zueinander am Umfang gehalten werden. Ein solcher Käfig ist auch derart konfiguriert, dass er eine Mehrzahl von Laschen aufweist, die sich senkrecht zu einer Umfangsendfläche des Käfigs derart erstrecken, dass sie proximal zu einer Umfangsendfläche eines des Innenlaufringes oder des Außenlaufringes liegen.
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Nach noch weiteren Ausführungsformen ist die erste Innenfläche des oberen Lagerstützelements mit einem Kanal versehen, der sich entlang wenigstens eines Teils des Umfangs der Innenfläche erstreckt und mit einer Schmiermittelquelle fluidgekuppelt ist, und der Innenlaufring ist derart konfiguriert, dass er eine Durchgangsöffnung aufweist. Außerdem ist der Kanal ferner derart angeordnet, dass er mit der Durchgangsöffnung fluidgekuppelt ist. Auf diese Weise steht das Schmiermittel, wie zum Beispiel Drucköl, über den Kanal und somit über die Durchgangsöffnung in Verbindung, so dass die Rollelemente des Rollenlagers geschmiert werden.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Ventiltrieb Typ I, wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil vorgesehen. Ein solcher Verbrennungsmotor weist eine Nockenwelle, die wenigstens einen Nocken für jedes Einlassventil und jedes Auslassventil und wenigstens eine Drehfläche aufweist, wobei die Nocken und die wenigstens eine Drehfläche entlang der Länge der Nockenwelle positioniert sind, und eine rollengelagerte Stütze für jede der wenigstens einen Drehfläche auf.
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Jede rollengelagerte Stutze weist wenigstens ein Rollenlager und wenigstens eine Lagerstütze auf. Jedes Rollenlager weist einen Innenlaufring, der sich am Umfang und axial um jede der wenigstens einen Drehfläche erstreckt, einen Außenlaufring, der sich am Umfang und axial um den Innenlaufring erstreckt, und eine Mehrzahl von Rollen auf, die zwischen dem Innenlaufring und dem Außenlaufring angeordnet sind und sich der Breite nach über die Laufringe erstrecken. Jede Lagerstütze weist ein oberes Lagerstützelement und ein unteres Lagerstützelement auf. Das obere Lagerstützelement und das untere Lagerstützelement sind derart konfiguriert, dass sie dazwischen das wenigstens eine Rollenlager aufnehmen. Ebenso ist das untere Lagerstützelement derart konfiguriert und angeordnet, dass es komplementär zu einem Abschnitt einer Konfiguration des Ventiltriebs Typ I ist.
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Nach weiteren Ausführungsformen weist das obere Lagerstützelement eine erste Innenfläche auf, die dem Innenlaufring gegenüberliegt und eine erste Breite hat, und das untere Lagerstützelement weist eine zweite Innenfläche auf, die dem Innenlaufring gegenüberliegt und eine zweite Breite hat. Nach spezielleren Ausführungsformen ist die erste Breite größer als die zweite Breite, und die Breite des Innenlaufringes ist im Wesentlichen unveränderlich.
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Nach weiteren Ausführungsformen stehen die erste Breite W1 und die zweite Breite W2 in der folgenden Beziehung zueinander: ca. 30% ≤ W2/W1 ≤ 50%. Nach spezielleren Ausführungsformen variiert die zweite Breite am Umfang zwischen einer minimalen Breite und einer maximalen Breite.
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Nach noch weiteren Ausführungsformen stehen die erste und die zweite Breite in einer der folgenden Beziehungen zueinander:
- (a) ca. 30% ≤ W2/W1 ≤ ca. 50%;
- (b) 30% ≤ W2/W1; oder
- (c) W2/W1 ≤ ca. 50%.
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Nach noch einer weiteren Ausführungsform weist jedes Rollenlager ferner einen Käfig auf, welcher derart konfiguriert ist, dass die Mehrzahl von Rollelementen in einer Abstandsbeziehung zueinander am Umfang gehalten werden, wobei der Käfig eine Mehrzahl von Laschen aufweist, die sich senkrecht zu einer Umfangsendfläche des Käfigs derart erstrecken, dass sie proximal zu einer Umfangsendfläche eines von dem Innenlaufring oder dem Außenlaufring liegen.
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Nach noch weiteren Ausführungsformen ist die erste Innenfläche des oberen Lagerstützelements mit einem Kanal versehen, der sich entlang wenigstens eines Teils des Umfangs der Innenfläche erstreckt und mit einer Schmiermittelquelle fluidgekuppelt ist, und der Innenlaufring ist derart konfiguriert, dass er eine Durchgangsöffnung aufweist. Außerdem ist der Kanal ferner derart angeordnet, dass er mit der Durchgangsöffnung fluidgekuppelt ist.
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Nach weiteren Ausführungsformen weist die Nockenwelle eine Mehrzahl von Drehflächen auf, und die rollengelagerte Nockenwellenstütze weist ferner eine Mehrzahl von Rollenlagern und eine Mehrzahl von Lagerstützen auf, wobei jeweils ein Rollenlager und eine Lagerstütze für jede der Mehrzahl von Drehflächen vorgesehen sind.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum drehbaren Abstützen einer Nockenwelle für einen Ventiltrieb Typ I vorgesehen, wobei die Nockenwelle eine wahlweise Bewegung jedes von wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil eines Hubkolbenmotors bewirkt. Eine solche Nockenwelle weist wenigstens einen Drehflächenbereich auf. Ein solches Verfahren umfasst das Bereitstellen wenigstens einer Rollenlagerstütze, wobei jede Rollenlagerstütze ein Rollenlager und eine Lagerstützstruktur aufweist.
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Das Rollenlager weist einen Innenlaufring, einen Außenlaufring und eine Mehrzahl von Drehelementen auf, die dazwischen angeordnet sind und sich der Breite nach über die jeweiligen Laufringe erstrecken. Die Lagerstützstruktur weist ein oberes Lagerstützelement und ein unteres Lagerstützelement auf, wobei das untere Lagerstützelement derart konfiguriert ist, dass es komplementär zu einer Konfiguration des Ventiltriebs Typ I ist.
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Das obere Lagerstützelement und das untere Lagerstützelement sind derart konfiguriert, dass sie dazwischen das Rollenlager aufnehmen, so dass der Außenlaufring einer Innenfläche sowohl des oberen Lagerstützelements als auch des unteren Lagerstützelements gegenüberliegt.
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Ein solches Verfahren umfasst das Anordnen jeweils eines des wenigstens einen Rollenlagers um den wenigstens einen Drehflächenbereich der Nockenwelle und das drehbare Befestigen der Nockenwelle und des jeweiligen Rollenlagers zwischen dem oberen Lagerstützelement und dem unteren Lagerstützelement.
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Andere Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1A eine axonometrische Ansicht einer beispielhaften Nockenwelle für die Verwendung in einem beispielhaften Verbrennungsmotor;
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1B eine Ansicht einer Nockenwellenlagerstützstruktur über die gesamte Breite, wie in der
US 2009/0235887 beschrieben ist;
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1C eine Ansicht einer anderen Nockenwellenlagerstützstruktur über die gesamte Breite, wie in der
US 2010/0012059 beschrieben ist;
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1D eine Ansicht eines Lagerlaufringes für das Lager der Stützstruktur aus 1B oder 1C mit einem Schmierkanal in dem oberen Lagerlaufring;
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1E einen Schnitt der Stützstruktur aus 1B oder 1C mit einer tiefgezogenen Außenlaufringgestaltung zur Steuerung der Axialbewegung des Lagers;
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2A einen Schnitt eines Zylinders und Zylinderblocks eines beispielhaften Verbrennungsmotors;
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2B eine Ansicht eines beispielhaften Ventiltriebs Typ I mit Stößeln;
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2C eine axonometrische Ansicht der unteren Lagerstützstruktur des beispielhaften Ventiltriebs Typ I, wobei das Lager, die Ventilanordnung, die Nockenwelle und die obere Lagerstützstruktur zur Übersichtlichkeit weggelassen sind;
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2D eine Ansicht der unteren und der oberen Lagerstützstruktur des beispielhaften Ventiltriebs Typ I, wobei das hydrodynamische Lager, die Stößel und die Nockenwelle zur Übersichtlichkeit weggelassen sind;
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3A eine axometrische Ansicht einer unteren Lagerstützstruktur für einen Ventiltrieb Typ I gemäß der Erfindung mit einem Teil des Außenlaufringes des Rollenlagers, wobei die Ventilanordnung, die Nockenwelle und die obere Lagerstützstruktur zur Übersichtlichkeit weggelassen sind;
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3B eine Draufsicht der unteren Lagerstützstruktur aus 3A;
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3C und 3D eine Seitenansicht der unteren Lagerstützstruktur aus 3A bzw. eine perspektivische Ansicht der unteren Lagerstützstruktur aus 3A mit einem adäquaten Abstand zwischen einem Lagerausschnitt und einem Tassenstößel, wobei der Ventiltrieb montiert ist und der Tassenstößel am Nockengrundkreis anliegt;
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4A eine Ansicht eines Abschnitts der Drehlagerstützstruktur gemäß der Erfindung mit einem Mechanismus zur Sicherung des Lagerkäfigs an dem Lagerinnenlaufring, und eines Abschnitts der Nockenwelle;
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4B eine detailliertere Ansicht der 4A mit den abgewinkelten Laschen an dem Lagerkäfig, der an dem Lagerinnenlaufring an der Nockenwelle angeordnet ist;
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4C eine Ansicht des Abschnitts der Drehlagerstützstruktur aus 4A mit einem Lageraußenlaufring, der an dem Lagerkäfig angeordnet ist;
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4D eine Ansicht der Drehlagerstützstruktur, bei der das obere Lagerstützelement an dem Zylinderkopf befestigt ist;
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5 eine perspektivische Ansicht eines geteilten Außenlaufringes;
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6A eine axonometrische Ansicht eines oberen Lagerstützelements mit einem Schmiermittelzuführkanal;
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6B eine axonometrische Ansicht eines anderen oberen Lagerstützelements mit einer anderen Anordnung des Schmiermittelzuführkanals;
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7A und 7B perspektivische und teilweise weggeschnittene Ansichten der Drehlagerstützstruktur und der entsprechenden Zylinderkopfstruktur;
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8A eine Explosionsansicht der Drehlagerstützstruktur und der entsprechenden Zylinderkopfstruktur mit einem Ventiltrieb Typ I;
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8B eine Ansicht eines einseitig geteilten Käfigs, der die Montage eines Rollenlagers an die Nockenwelle, insbesondere an den Innenlaufring ermöglicht;
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9 einen Schnitt, der die Reduzierung des Querschnitts in der Breite über das untere Lagerstützelement oder die Stützstruktur und die Variation von der gesamten Breite auf die reduzierte Breite darstellt;
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10 eine Seitenansicht des Rollenlagers mit der Nockenwellenlagerbelastung;
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11 eine Ansicht der unteren Lagerstützstruktur mit der Variation von der gesamten Breite auf die reduzierte Breite; und
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12 ein Diagramm, das die erwarteten Reibungsreduzierungen als eine Funktion der Ventiltriebdrehzahl (U/min) darstellt, wenn die Nockenwelle eines Ventiltriebs Typ I an der Rollenlagerstützstruktur gemäß der Erfindung drehbar abgestützt ist.
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Mit Bezug auf die Zeichnung, in der gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, ist in 2A ein Schnitt eines Zylinders eines beispielhaften Verbrennungsmotors 100 gezeigt, der Nockenwellen 120 aufweist, die zum separaten Bewegen von Einlassventilen 130a und Auslassventilen 132a von Einlass- und Auslassventilanordnungen 130, 132 verwendet werden. Ein solcher beispielhafter Verbrennungsmotor weist auch einen Zylinderblock 112, eine Kurbelwelle 140 und Kolben 142 auf, die sich in Zylindern 112a des Zylinderblocks 112 hin- und herbewegen.
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Obwohl ein einzelner Zylinder 112a und Kolben 142 gezeigt sind, ist der Zylinderblock 112 eines solchen Hubkolbenmotors oder Verbrennungsmotors 100 derart konfigurierbar, dass er 4, 6, 8, 10 und 12 Zylinder haben kann, wobei die Anzahl der Kolben der Anzahl der Zylinder entspricht. Ebenso können die Zylinder in dem Motor oder Zylinderblock in Reihe, V-förmig geneigt oder in einer anderen bekannten Weise angeordnet sein.
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Ein solcher Verbrennungsmotor 100 ist ein Hubkolbenmotor mit dem Zylinderblock 112 und einem Zylinderkopf 150 als Gehäuse, einem Bewegungsumwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Hin- und Herbewegung der Kolben 142 in eine Drehbewegung, einem Einlass- und Auslasssystem zum Zuführen eines Kraftstoff/Luft-Gemisches und Auslassen des Verbrennungsgases, und einer Zündkerze 116 als Zündvorrichtung. Wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, ist der Zylinderkopf 150 an dem Zylinderblock 112 derart befestigt, dass Teile des Einlass- und Auslasssystems in fester Beziehung zu jedem Zylinder 112a stehen. Der Bewegungsumwandlungsmechanismus ist in dem Zylinderblock 112 untergebracht und umfasst den Kolben 142, die Kurbelwelle 140 und eine Pleuelstange oder ein Pleuel 144, dessen eines Ende mit dem Kolben 142 verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Kurbelwelle 140 verbunden ist, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 140 umzuwandeln.
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Wie einem technisch versierten Fachmann bekannt ist, ist die Kurbelwelle 140 wiederum mit einem allgemein bekannten Getriebe (z. B. mechanisch, hydraulisch, stufenlos [CVT] usw.) wirksam gekuppelt, das wiederum mit den Antriebsrädern (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeuges wirksam gekuppelt ist. Auf diese Weise wird die durch den Betrieb des Motor erzeugte Leistung/Drehmoment an die Antriebsräder derart übertragen, dass sich dadurch das Fahrzeug in einer gewünschten Richtung (z. B. vorwärts, rückwärts) bewegt.
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Das Einlass- und Auslasssystem weist einen Einlasskanal 152a und einen Auslasskanal 152b auf, die in dem Zylinderkopf 150 ausgebildet sind und wahlweise mit dem jeweiligen Zylinder 112a des Zylinderblockes 112 fluidgekuppelt sind. Das Einlassventil 130a ist zwischen dem Zylinder 112a und dem Einlasskanal 152a angeordnet, das Auslassventil 132a ist zwischen dem Zylinder 112a und dem Auslasskanal 152b angeordnet, und die Nockenwellen 120 sind derart angeordnet, dass sie direkt die Öffnungs- und Schließzeit der Einlass- und Auslassventile 130a, 132a steuern.
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Die Einlassventilanordnung 130 umfasst das Einlassventil 130a, das einen Ventilschaft 130b und einen Ventilkopf 130c aufweist, der an dem einen Ende des Ventilschaftes 130b vorgesehen ist, und eine Ventilfeder 130d, die das Einlassventil 130a in eine Richtung drängt, in welcher der Einlasskanal 152a geschlossen ist. Die Auslassventilanordnung 132 umfasst das Auslassventil 132a, das einen Ventilschaft 132b und einen Ventilkopf 132c aufweist, der an dem einen Ende des Ventilschaftes 132b vorgesehen ist, und eine Ventilfeder 132d, die das Auslassventil 132a in eine Richtung drängt, in welcher der Auslasskanal 152b geschlossen ist. Die jeweilige Nockenwelle 120 ist mit dem anderen Ende des jeweiligen Ventilschaftes 130b, 132b derart verbunden, dass sie direkt auf den Ventilschaft wirkt, um dadurch das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 130a, 132a zu steuern.
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Die bei dem Verbrennungsmotor 100 verwendete Nockenwelle 120 weist einen Wellenabschnitt 122 und eine Mehrzahl von Nocken 124 auf. Der Wellenabschnitt 122 ist an einem oder mehreren Lagern und einer Gegenstruktur des Zylinderkopfes 150 drehbar abgestützt, wie nachfolgend beschrieben ist. Die Nockenwelle 120 ist über einen Steuerriemen (nicht gezeigt) oder eine andere Struktur (z. B. Zahnräder) mit der Kurbelwelle 140 verbunden, so dass sich die Nockenwelle 120 entsprechend der Drehung der Kurbelwelle 140 dreht.
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Da jeder Nocken 124 mit dem Einlassventil 130a oder dem Auslassventil 132a wirksam gekuppelt oder verbunden ist, ist dieselbe Anzahl von Nocken 124 wie die Anzahl von Ventilen 130a, 132a vorgesehen. Jeder Nocken 124 weist einen Abschnitt mit relativ großen Durchmesser 124a, mitunter als Buckel bezeichnet, und einen Abschnitt mit relativ kleinem Durchmesser 124b auf. Die Nocken 124 sind entlang der Nockenwelle 120 derart angeordnet, dass die Positionen der Abschnitte mit großem Durchmesser 124a in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Daher können die Einlass- und Auslassventile 130a, 132a, da sie mit den jeweiligen Nocken 124 wirksam verbunden sind, zu unterschiedlichen Zeiten in Reaktion auf die Drehung der jeweiligen Nockenwelle 120 geöffnet und geschlossen werden.
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Der in 2A gezeigte Verbrennungsmotor 100 ist ein Motor mit doppelter obenliegender Nockenwelle (DOHC), bei dem zwei Nockenwellen 120 an der Oberseite des Zylinderkopfes 150 derart angeordnet sind, dass sie an jeder Seite der Einlass- und Auslassventile 130a, 132a liegen. Bei einer solchen DOHC-Konfiguration sind die Nocken der einen Nockenwelle mit den Einlassventilen 130a derart wirksam gekuppelt, dass sie jedes Einlassventil zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen, und die Nocken der anderen Nockenwelle sind mit den Auslassventilen 132a derart wirksam gekuppelt, dass sie jedes Auslassventil zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen. Jedoch ist ein solcher Verbrennungsmotor auch derart konfigurierbar, dass er eine Nockenwelle 120, d. h. eine einzige obenliegende Nockenwelle (SOHC) aufweist, die mit Nocken versehen ist, welche entlang der Nockenwelle derart angeordnet sind, dass sie die Einlass- und Auslassventile 130a, 132a zu der entsprechenden Zeit öffnen und schließen.
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Die folgende Diskussion ist vorgesehen, um den Betrieb eines solchen beispielhaften Verbrennungsmotors 100 (nachdem der Motor gestartet wurde) allgemein zu beschreiben. Der beispielhafte Verbrennungsmotor 100 ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Einlass- oder Ansaughub, einem Kompressionshub, einem Verbrennungshub und einem Auslasshub. Bei einem solchen beispielhaften Motor ist ein Hub, bei dem der Kolben 142 zwischen der höchsten Position (d. h. oberer Totpunkt oder oberer Umkehrpunkt) und der niedrigsten Position (d. h. unterer Totpunkt oder unterer Umkehrpunkt) in dem Zylinder 112a bewegt wird, ein Hub oder ein Takt des Motors.
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Bei dem Einlass- oder Ansaughub wird der Kolben 142 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, während das Einlassventil 130a geöffnet ist und das Auslassventil 132a geschlossen ist. Da das Volumen in dem Zylinder 112a (nachfolgend als oberer Raum des Kolbens 142 bezeichnet) erhöht wird, wird der Druck darin verringert, und ein Kraftstoff/Luft-Gemisch wird über den Einlasskanal 152a in den Zylinder 112a eingeführt. Die anderen Teile des Einlasssystems sind derart konfiguriert und angeordnet, dass sie aus dem Kraftstoff und der Luft ein Gemisch bilden, das dem jeweiligen Einlasskanal 152a in dem Zylinderkopf zugeführt wird. Ein solches Einlasssystem kann derart angeordnet sein, dass eine Druckquelle eines Kraftstoff/Luft-Gemisches unter Verwendung von Aufladungs- oder Turboladungstechniken vorgesehen ist.
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Bei dem Kompressionshub wird der Kolben 142 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, während die Einlass- und Auslassventile 130a, 132a geschlossen sind. Da das Volumen in dem Zylinder 112a durch eine solche Bewegung verringert wird, wird der Druck in dem Zylinder 112a erhöht oder vergrößert.
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Bei dem Verbrennungshub wird die Zündkerze 116 gezündet, während die Einlass- und Auslassventile 130a, 132a geschlossen sind, wodurch das Kraftstoff/Luft-Gemisch in dem Kompressionszustand verbrennt und abrupt expandiert. Eine solche Expansion drückt den Kolben 142 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt nach unten. Die Kraft von dieser Abbewegung des Kolbens wird über das Pleuel 144 an die Kurbelwelle 140 als Drehbewegung übertragen, wodurch von dem Motor eine Antriebskraft erzeugt wird.
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Im Falle eines Dieselmotors kann der Motor Mittel (z. B. eine Glühkerze) aufweisen, welche die Zündung des Dieselkraftstoff/Luft-Gemisches zu Beginn des Startens des Motors erleichtern, jedoch wird während des normalen Betriebs das Dieselkraftstoff/Luft-Gemisch beim Kompressionshub ausreichend komprimiert, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch zu zünden.
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Bei dem Auslasshub wird der Kolben 142 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, während das Einlassventil 130a geschlossen ist und das Auslassventil 132a geöffnet ist. Das Volumen in dem Zylinder 112a wird durch eine solche Bewegung reduziert, wodurch das Verbrennungsgas aus dem Auslasskanal 152b ausgelassen werden kann. Wenn der Kolben 142 den oberen Totpunkt erreicht, wird der oben beschriebene Viertaktprozess kontinuierlich wiederholt, bis der Motor abgeschaltet ist. Die anderen Teile des Auslasssystems sind derart konfiguriert und angeordnet, dass sie die Bewegung oder das Auslassen der heißen Verbrennungsgase in die Atmosphäre erleichtern.
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Wenn das Einlassventil 130a in den oben genannten Takten geöffnet ist, liegt der Abschnitt mit großem Durchmesser 124a des jeweiligen Nockens 124 an dem jeweiligen Ende des Einlassventils 130a an. Auf diese Weise wird das Einlassventil 130a gegen die Kraft der Ventilfeder 132d nach unten gedrückt, wodurch der Einlassventilkopf 130c von dem Ventilsitz verschoben wird und sich in den Zylinder 112a hinein erstreckt. Wenn das Einlassventil 130a geschlossen ist, liegt der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 124b des Nockens 124 an dem jeweiligen Ende des Einlassventils 130a an. Bei dieser Konfiguration wird das Einlassventil 130a durch die Rückstellkraft der Ventilfeder 130d nach oben gedrückt, wodurch der Einlassventilkopf 130c mit dem Ventilsitz in Kontakt steht und den Einlasskanal schließt. Dies trifft auch für das Auslassventil 132a zu, so dass dessen Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Unter den oben genannten Takten wird die Antriebskraft nur beim Verbrennungshub erzeugt, und bei den anderen Takten wird der Kolben 142 des einen Zylinders durch die Drehung des Schwungrades (nicht gezeigt) und/oder die in einem anderen Zylinder erzeugte Antriebskraft hin- und herbewegt, wenn der Motor mehr als einen Zylinder aufweist. Daher sind die Verbrennungstakte bezüglich der Zeit durch die Mehrzahl von Zylindern verschoben, um eine sanfte Drehung der Kurbelwelle 140 aufrechtzuerhalten.
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2B zeigt einen Schnitt eines Zylinderkopfes 250 mit einem beispielhaften Ventiltrieb Typ I mit Tassenstößeln. Hier wird auf Merkmale aus 2A (z. B. Merkmale des Ventiltriebs) mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen. Ebenso wie in 2A ist ein solcher Zylinderkopf 250 üblicherweise mittels Schrauben an dem Motorblock 112 befestigt. Außerdem sind der Zylinderkopf 250 und der Motorblock 112 derart aneinander befestigt, dass die ausgewählten Anschlüsse und Öffnungen in dem Zylinderkopf und dem Motorblock zueinander korrespondieren, so dass das Kühlmittel und Schmiermittel (Drucköl) für den Motor von dem Motorblock zu dem Zylinderkopf geführt wird.
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Ebenso ist eine Einlassventilanordnung 230 vorgesehen, die ein Einlassventil 130a, das einen Ventilschaft 130b und einen Ventilkopf 130c aufweist, der an dem einen Ende des Ventilschaftes 130b vorgesehen ist, und eine Ventilfeder 130d umfasst, die das Einlassventil 130a in eine Richtung drängt, in welcher der Einlasskanal 152a geschlossen ist. Eine solche Einlassventilanordnung 230 weist auch einen Stößel 236 auf, der zwischen dem Nocken 124 und dem anderen Ende des Ventilschaftes 130b angeordnet ist. Beim Betrieb wirkt der Abschnitt mit großem Durchmesser 124a des Nockens 124 an dem Stößel 236, um das Einlassventil 130a in eine Öffnungsposition zu bewegen. Dementsprechend bewirkt die Ventilfeder 130d, wenn der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 124b dem Stößel 236 gegenüberliegt, dass sich das Einlassventil 130a in Richtung zu dem im Zylinderkopf 250 ausgebildeten Ventilsitz bewegt und mit diesem in Kontakt gelangt, wodurch sich das Einlassventil in eine Schließposition bewegt.
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Eine Auslassanordnung 232 umfasst ein Auslassventil 132a, das einen Ventilschaft 132b und einen Ventilkopf 132c aufweist, der an dem einen Ende des Ventilschaftes 132b vorgesehen ist, und eine Ventilfeder 132d, die das Auslassventil 132a in eine Richtung drangt, in welcher der Auslasskanal 152b geschlossen ist. Eine solche Auslassventilanordnung 232 weist auch einen Stößel 236 auf, der zwischen dem Nocken 124 und dem anderen Ende des Ventilschaftes 132b angeordnet ist. Beim Betrieb wirkt der Abschnitt mit großem Durchmesser 124a des Nockens 124 an dem Stößel 236, um das Auslassventil 132a in eine Öffnungsposition zu bewegen. Dementsprechend bewirkt die Ventilfeder 132d, wenn der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 124b dem Stößel 236 gegenüberliegt, dass sich das Auslassventil 132a in Richtung zu dem im Zylinderkopf 250 ausgebildeten Ventilsitz bewegt und mit diesem in Kontakt gelangt, wodurch sich das Auslassventil in eine Schließposition bewegt.
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Wie in 2C deutlicher gezeigt, ist jeder Stößel 236 in einer Aussparung 252 angeordnet, die in dem Zylinderkopf 250 ausgebildet oder eingearbeitet ist, so dass sich der Stößel 236 in Reaktion auf die Drehbewegung des Nockens 124 linear bewegt. Wie ebenfalls in 2C gezeigt, bewirkt eine solche Bearbeitung oder Formung des Zylinderkopfes 250 für solche Aussparungen 252, dass die Breite des unteren Lagerstützelements 320 der Lagerstützstruktur 300 am Umfang variiert. Insbesondere variiert die Breite zwischen einer maximalen Breite und einer minimalen Breite, wobei die minimale Breite im Allgemeinen einer Stelle proximal zu dem Stößel 236 entspricht, wenn dieser in der Aussparung 252 angeordnet ist. Der Schnitt in 9 zeigt deutlicher die Querschnittsreduzierung in der Breite über das untere Lagerstützelement 320 und die Positionierung des Außenlaufringes 410 in Bezug auf die Stößel 236 und das untere Lagerstützelement. Wie in anderen Ansichten gezeigt, nimmt die Breite des unteren Lagerstützelements bis zur vollen Breite zu, um gute Gesamtstützeigenschaften zu schaffen.
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Eine solche Lagerstützstruktur 300 weist auch ein oberes Lagerstützelement 310 auf, das, wie in 2D gezeigt, mittels Schrauben 312 an eine zusammenpassende Fläche des Zylinderkopfes 250 geschraubt ist. Die Breite des oberen Lagerstützelements 310 ist im Wesentlichen konstant oder unveränderlich. Insbesondere hat das obere Lagerstützelement 310 eine Nennbreite.
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Nach einer Ausführungsform ist die Breite des oberen Lagerstützelements 310 im Allgemeinen größer als die Breite des unteren Lagerstützelements 320, wobei die Breiten des oberen und des unteren Lagerstützelements 310, 320 in der folgenden Beziehung zueinander stehen, dass die minimale Breite des unteren Lagerstützelements Wu geteilt durch die Breite des oberen Lagerstützelements Wo in dem Bereich von ca. 30% bis ca. 50% liegt, d. h. ca. 30% ≤ Wu/Wo ≤ ca. 50%.
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Nach einer anderen Ausführungsform variiert die Breite des unteren Lagerstützelements am Umfang zwischen einer minimalen Breite und einer maximalen Breite, wobei an der Stelle 320a, die der minimalen Breite des unteren Lagerstützelements 320 entspricht, die Breite des oberen Lagerstützelements 310 im Allgemeinen größer als die Breite des unteren Lagerstützelements 320 ist.
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Nach noch einer anderen Ausführungsform stehen die Breite Wo des oberen Lagerstützelements 310 und die Breite Wu des unteren Lagerstützelements 320 in der folgenden Beziehung zueinander:
- (a) ca. 30% ≤ Wu/Wo ≤ ca. 50%;
- (b) Wu/Wo ≤ ca. 50%; oder
- (c) ca. 30% ≤ Wu/Wo.
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Die Lagerstützstruktur 300 weist auch ein Rollenlager 400 (4A) auf, das in fester Anordnung zwischen dem oberen und dem unteren Lagerstützelement 310, 320 gehalten wird, wenn das obere Lagerstützelement 310 an dem Zylinderkopf 250 befestigt oder verschraubt ist. Ein solches Rollenlager 400 weist einen Außenlaufring 410 (4C), einen Innenlaufring 420, eine Mehrzahl von Wälzkörpern oder Rollen 430 und einen Käfig 440 auf. Bei dem Rollenlager wird das Konzept einer geteilten Außenschale realisiert, um eine vollständige Stütze für die Rollen 430 über 360 Grad Drehung zu schaffen.
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Wie in 5 gezeigt, ist nach einer besonderen Ausführungsform der Außenlaufring 410 in zwei Umfangsteile 410a, 410b geteilt, um einen geteilten Außenlaufring zu bilden. Die Enden 410c des geteilten Außenlaufringes sind derart angeordnet, dass sie einen abgewinkelten Schlitz bilden, um die Ausrichtung bei der Montage zu unterstützen. Der Innenlaufring 420 ist vorzugsweise wie der Außenlaufring 410 derart konfiguriert, dass ein geteilter Laufring gebildet wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind der Außenlaufring 410 und der Innenlaufring 420 derart konfiguriert, dass deren Breiten über den Umfang des Laufringes relativ unverändert sind. Insbesondere haben der Außenlaufring 410 und der Innenlaufring 420 jeweils eine Nennbreite. Außerdem sind der Außenlaufring und der Innenlaufring aus einer Anzahl von Materialien hergestellt, die einem technisch versierten Fachmann bekannt sind und andererseits für die beabsichtigte Verwendung geeignet sind.
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Der Innenlaufring 420 ist um die Fläche des Wellenabschnitts 122 der Nockenwelle 120 herum angeordnet. Wenn das Rollenlager 400 um den Wellenabschnitt 122 montiert und mittels des oberen und des unteren Lagerstützelements 310, 320 befestigt ist, ist der Innenlaufring 420 im zusammenpassenden Kontakt mit dem Wellenabschnitt 122.
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Wie in den 3A bis 3C gezeigt, ist das eine Teil 410b des Außenlaufringes 410 derart positioniert, dass es mit dem unteren Lagerstützelement 320 in Kontakt steht, und das andere Teil 410a des Außenlaufringes 410 ist derart positioniert, dass es mit dem oberen Lagerstützelement 310 in Kontakt steht. Wenn das Rollenlager 400 um den Wellenabschnitt 122 montiert und mittels des oberen und des unteren Lagerstützelements 310, 320 befestigt ist, ist der Außenlaufring 410 im zusammenpassenden Kontakt mit den gegenüberliegenden Flächen des oberen und des unteren Lagerstützelements 310, 320.
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Mit Bezug auf 4B ist der Rollenkäfig 440 derart konfiguriert und angeordnet, dass er eine Mehrzahl von Schlitzen 442 aufweist, die sich der Breite nach, jedoch nicht über die gesamte Breite des Rollenkäfigs 440 erstrecken. Die Schlitze 442 bilden Durchgangsöffnungen in dem Rollenkäfig 440. Eine Rolle 430 ist in jedem der Schlitze 442 angeordnet, so dass die Rollen oder Wälzkörper in einer Abstandsbeziehung zueinander um den Umfang des Rollenkäfigs 440 gehalten werden.
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Wenn er montiert ist, liegt der Rollenkäfig 440 zwischen dem Außenlaufring 410 und dem Innenlaufring 420, so dass die Wälzkörper im Rollkontakt mit dem Außenlaufring 410 und dem Innenlaufring 420 stehen. Die Rollen ermöglichen, dass sich die Nockenwelle dreht, wobei sich beim Betrieb die Rollen und der Rollenkäfig ebenfalls um die Nockenwelle drehen. Nach einer weiteren Ausführungsform haben die Nadelrollen 430 und der Rollenkäfig 440 eine geteilte Käfiganordnung, wodurch die Montage an der Nockenwelle erleichtert wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Rollenkäfig 440 eine Mehrzahl von Laschen 432 auf, die sich in einem Winkel (z. B. senkrecht) in Bezug auf Endflächen 434 des Rollenkäfigs 440 von diesen nach unten und/oder nach oben erstrecken. Insbesondere sind die Laschen 432 derart angeordnet, dass sie sich in einer Richtung erstrecken, in der sie an einer entsprechenden Endfläche 421 des Innenlaufringes 420 anliegen oder proximal zu dieser sind. Die Laschen 432 sind derart positioniert, dass sie verhindern, dass sich die Lager/Käfig-Anordnung 430, 440 axial an dem Innenlaufring 420 bewegen kann.
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Nach einer anderen Ausführungsform sind die Laschen 432 derart angeordnet, dass sie an einer Endfläche des Außenlaufringes 410 anliegen oder proximal zu dieser sind, um eine solche Axialbewegung zu verhindern. Nach noch einer anderen Ausführungsform sind die Laschen 432 derart angeordnet, dass sie wahlweise an einer Endfläche des Außenlaufringes 410 und des Innenlaufringes 420 anliegen oder proximal zu dieser sind. Nach einer anderen Ausführungsform sind die Endflächen des Innen- und/oder Außenlaufringes abgeschrägt. Hierbei sind die Laschen 432 komplementär zu einer solchen Abschrägung ausgebildet und angeordnet.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist in dem Außenlaufring 410 eine Durchgangsöffnung 411 (4C) vorgesehen, und wie in den 6A und 6B gezeigt, ist das obere Lagerstützelement 310 derart konfiguriert, dass es einen Kanal 314 in der dem Außenlaufring gegenüberliegenden Fläche aufweist. Der Kanal 314 und die Durchgangsöffnung 411 sind derart angeordnet, dass die Durchgangsöffnung 411 mit dem Kanal 314 fluidgekuppelt ist. Ferner ist der Kanal 314 mit einer Quelle von Schmiermittel (z. B. Drucköl) fluidgekuppelt. Daher werden, wenn der Motor in Betrieb ist, die Rollen 430 oder Wälzkörper über den Kanal 314 und die Durchgangsöffnung 411 mit Schmiermittel versorgt.
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Außerdem kann, wie in den 6A und 6B gezeigt, das obere Lagerstützelement 310 mit einer oder mehreren Ausschnitten 316 versehen sein, die mit einer Schmierungspassage in dem Zylinderkopf in Verbindung stehen. Auf diese Weise wird jedem Stößel 236 Schmiermittel zugeführt.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die 8A und 8B die Methodik zur Montage einer Lagerstütze um die Nockenwelle an einer Stelle beschrieben. Es versteht sich, dass eine solche Methodik an jeder Stelle vorgenommen werden kann, wo die Lagerstütze für die Nockenwelle vorgesehen ist.
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Nachdem die Tassenstößel 236 installiert sind, wird das eine Teil 410b des Außenlaufringes 410 in das untere Lagerstützelement 320 eingesetzt. Dann werden die Rollen 430 und der Rollenkäfig 440 an dem Innenlaufring 420 montiert, welcher auch an den Wellenabschnitt 122 der Nockenwelle 120 montiert wird. Dies wird so viele Male wie erforderlich wiederholt, so dass eine Anordnung an jedem unteren Lagerstützelement 320 des Zylinderkopfes vor der Installation der Nockenwelle vorliegt.
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Nach der Vollendung der oben genannten Vorgänge wird die Nockenwelle installiert, so dass die Wellenabschnitte 122 der Nockenwelle 120 entsprechend positioniert sind. Danach werden die anderen Teile des Innenlaufringes 420 und die Rollen 430 und der Käfig 440 um die Nockenwelle 120 angeordnet. Dann werden die anderen Teile 410a des Außenlaufringes 410 um die montierten Rollen und Rollenkäfige angeordnet. Die Enden 410c der beiden Teile des Außenlaufringes 410 haben einen Mechanismus, der die Ausrichtung dieser beiden Teile erleichtert.
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Mit Bezug auf 8B ermöglicht eine einseitig geteilte Käfiggestaltung eine leichte Montage der Rollen 430 und des Rollenkäfigs 440 an die Nockenwelle, spezieller an den Innenlaufring 420.
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Das obere Lagerstützelement 310 wird an der entsprechenden zusammenpassenden Fläche des Zylinderkopfes 250 positioniert und dann mittels der Befestigungsschrauben 312 an dem Zylinderkopf befestigt.
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Der oben genannte Vorgang wird an jeder Stelle eines unteren Lagerstützelements wiederholt.
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Wie in 10 gezeigt, dominiert die Belastung des Nockenwellenlagers in der oberen Hälfte des Lagers. Daher kann, da das obere Lagerstützelement 310 über die gesamte Breite des Außenlaufringes 410 mit diesem in Kontakt steht, das obere Lagerstützelement eine solche Belastung bewältigen. Die Belastung der Nockenwelle in der unteren Hälfte des Lagers ist im Vergleich zu der Nockenwellenbelastung in der oberen Hälfte des Lagers reduziert. Daher kann die untere Lagerstütze selbst mit der reduzierten Breite solche Belastungen bewältigen.
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Mit Bezug auf 12 sind in einem Diagramm die erwarteten Reibungsreduzierungen als eine Funktion der Ventiltriebdrehzahl (U/min) dargestellt, wenn die Nockenwelle eines Ventiltriebs Typ I an der Rollenlagerstützstruktur gemäß der Erfindung drehbar abgestützt ist.
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Die reduzierte Reibung, besonders bei niedrigen Motordrehzahlen, kann dazu beitragen, sowohl die Kraftstoffwirtschaftlichkeit als auch die Motorabnutzung zu verbessern. Ebenso ist es aufgrund der erheblich reduzierten Schmierungsanforderungen für ein Rollenlager gemäß der Erfindung möglich, eine Verkleinerung der Motorölpumpe in Betracht zu ziehen, was ebenfalls dazu beitragen kann, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei niedrigen Motordrehzahlen zu verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0235887 [0011, 0011, 0043]
- US 2010/0012059 [0011, 0012, 0044]
