DE102011077563B4

DE102011077563B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011077563B4
Application number: DE102011077563.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flender; Michael Kreisig; Antonio Menonna; Falk Schneider; Stefan Steichele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: JP2013002449A; US20120318224A1; US9004026B2; JP5973248B2; DE102011077563A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer über zumindest ein Lager (5) gelagerten Nockenwelle (3) und mit zumindest einem Phasenversteller (4), dadurch gekennzeichnet,- dass das wenigstens eine Lager (5) ein Wälzlager ist,- dass benachbart zu dem Wälzlager ein Ölzuführring (6) die Nockenwelle (3) umgibt, der zumindest einen außen liegenden Ringkanal (7) und wenigstens eine Radialbohrung (8) aufweist, die mit einer Radialbohrung (8') in der Nockenwelle (3) fluchtet, wobei ein Außendurchmesser des Ölzuführrings (6) kleiner ist als ein Außendurchmesser des Wälzlagers, und wobei eine Ölversorgung des zumindest einen Phasenverstellers (4) über eine Ölgalerie (10) im Zylinderkopf (2) zum Ringkanal (7) des Ölzuführrings (6) und durch die Radialbohrung (8') in die Nockenwelle (3) hinein erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer über zumindest ein Lager gelagerten Nockenwelle und mit zumindest einem Phasenversteller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nockenwellen in modernen Verbrennungsmotoren werden häufig noch über sogenannte Gleitlager gelagert, über die zusätzlich eine Ölzuführung in die Nockenwelle, beispielsweise zum Betrieb eines Phasenverstellers, geführt wird. Gleitlager weisen jedoch im Vergleich zu Wälzlagern, insbesondere im Vergleich zu Kugellagern, hohe Lagerwiderstände auf, so dass man zunehmend bestrebt ist, die Gleitlager durch modernde Wälzlager zu ersetzen. Als Problem bei im Bereich von Nockenwellen eingesetzten Wälzlagern stellt sich jedoch immer wieder heraus, dass bei zuviel Öl, das die Wälzkörper vor sich herschieben, die der Rollwiderstand und damit auch der Lagerwiderstand eines derartigen Wälzlagers sprunghaft ansteigt.
Aus der US 2008 / 0 170 816 A1 und der DE 10 2005 014 680 A1 sind jeweils eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer über zumindest ein Lager gelagerten Nockenwelle bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Lagerung der Nockenwelle und eine alternative Ölzuführung in die Nockenwelle auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, anstelle bisher eingesetzter Gleitlager nunmehr Wälzlager einzusetzen und benachbart zu zumindest einem dieser Wälzlager einen Ölzuführring auf die Nockenwelle aufzuziehen der zumindest einen außenliegenden Ringkanal und wenigstens eine Radialbohrung aufweist, die mit einer Radialbohrung in der Nockenwelle fluchtet. Ein Außendurchmesser dieses Ölzuführrings ist dabei kleiner als ein Außendurchmesser des Wälzlagers, so dass der Ölzuführring üblicherweise nicht in direktem Kontakt mit einer zylinderkopfseitigen Ölgalerie gelangt. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist zur Verstellung der Nockenwelle zusätzlich zumindest einen Phasenversteller auf, wobei eine Ölversorgung dieses zumindest einen Phasenverstellers über die Ölgalerie im Zylinderkopf zum Ringkanal des Ölzuführrings und durch die Radialbohrung in die Nockenwelle hinein erfolgt. Durch die Erfindung werden somit die eigentliche Lagerung der Nockenwelle und die eigentliche Ölzuführung in die Nockenwelle voneinander entkoppelt, wodurch für die Lagerung vergleichsweise leichtgängige Wälzlager, insbesondere Kugellager, verwendet werden können und die Ölzuführung zum Phasenversteller separat über den oder die Ölzuführringe erfolgen kann. Durch die benachbarte Anordnung der Ölzuführringe zu den Wälzlagern können diese auch einen Schutz für die Wälzlager darstellen, der ein Eindringen von Schmutz in die Wälzlager und dadurch eine Erhöhung des Lagerwiderstands und zugleich eine Verringerung der Lebenserwartung verhindert. Vor allem aber wird ein unerwünschtes Eindringen von Öl in das Wälzlager, das die Reibung verschlechtert, zumindest erschwert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Ölzuführring zumindest zwei axial zueinander beabstandete, außenliegende Ringkanäle auf, über welche separate Ölströme geführt werden können. Denkbar ist eine derartige Ausführungsform des Ölzuführrings beispielsweise für eine sogenannte Cam-in-Cam-Nockenwelle, bei welcher zwei Phasenversteller mit Öl versorgt werden müssen. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch Ölführungsringe mit mehr als zwei Ringkanälen bzw. Ringumfangsnuten denkbar, die dann mehr als zwei separate Ölströme leiten bzw. führen können.
Zweckmäßig ist jeweils axial benachbart zu einem Ringkanal zumindest ein Dichtring vorgesehen, der den Außendurchmesser des Ölzuführrings überragt und den Zylinderkopf kontaktiert. Ein derartiger Dichtring ist zum Trennen der einzelnen Ölströme erforderlich, ebenso wie zu einem Begrenzen eines unerwünschten Ölabflusses zwischen Ölgalerie und Ölzuführring. Der Dichtring kann dabei auch als Drossel ausgebildet sein und dadurch eine zumindest geringe Ölmenge passieren lassen. Ein solcher als Drossel ausgebildeter Dichtring kann beispielsweise benachbart zu dem Wälzlager am Ölzuführring angeordnet sein, wobei dieser Dichtring dann einen unerwünscht hohen Ölabfluss in das Wälzlager verhindert, einen zur Schmierung des Wälzlagers unbedingt erforderlichen Ölabfluss aber zulässt. Je nach Ausgestaltung des Dichtrings kann somit individuell Einfluss auf dessen Drosselwirkung genommen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist innerhalb der Nockenwelle eine Ölführungshülse angeordnet, die wenigstens einen vom Ölzuführring empfangenen Ölstrom an den Phasenversteller weiterleitet. Eine derartige Ölführungshülse dient insbesondere auch zur separaten Weiterleitung unterschiedlicher Ölströme, beispielsweise zu separaten Phasenverstellern. Derartige Ölführungshülsen sind generell konstruktiv vergleichsweise einfach herzustellen und auch einfach innerhalb der Nockenwelle zu montieren. Dabei kann eine derartige Ölführungshülse generell auch als Ölführungsstopfen ausgebildet sein, der von einem stirnseitigen Ende in die Nockenwelle hineingesteckt und fixiert wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Bereich einer Nockenwelle,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem anders aufgebauten Ölzuführring,
3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwelle mit einem in der Nockenwelle angeordneten Ölführungsstopfen,
4 eine weitere mögliche Ausführungsform mit einer in der Nockenwelle angeordneten Ölführungshülse zur Führung von separaten Ölströmen.

Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1, von der lediglich ein Ausschnitt eines Zylinderkopfs 2 und eine Nockenwelle 3 dargestellt sind, die genannte Nockenwelle 3 sowie einen Phasenversteller 4 auf, wobei die Nockenwelle 3 über zumindest ein Lager 5 gelagert ist. Der Phasenversteller 4 dient dabei in bekannter Weise zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle 3 gegenüber einem Antrieb, insbesondere gegenüber einem Ketten-/Riemenrad, das sich an einem Gehäuse des Phasenverstellers 4 befinden kann. Um die Nockenwelle 3 besonders leichtgängig lagern zu können, ist wenigstens eines der Lager 5 als Wälzlager, insbesondere als Kugellager oder als Nadellager, ausgebildet. Benachbart zu dem Lager 5 ist dabei ein Ölzuführring 6 angeordnet, der die Nockenwelle 3 ringförmig umgibt und der zumindest einen außenliegenden Ringkanal 7 sowie zumindest eine Radialbohrung 8 aufweist, die mit einer Radialbohrung 8' in der Nockenwelle 3 fluchtet. Ein Außendurchmesser des Ölzuführrings 6 ist dabei zumindest geringfügig kleiner als ein Außendurchmesser des Lagers 5, das heißt des Wälzlagers, wobei eine Ölversorgung des zumindest einen Phasenverstellers 4 über eine Ölgalerie 10 im Zylinderkopf 2 zum Ringkanal 7 des Ölzuführrings 6 und durch die Radialbohrungen 8, 8' in die Nockenwelle 3 hinein erfolgt. Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ist es somit möglich, bisher zur Lagerung der Nockenwelle 3 eingesetzte Gleitlager, die eine vergleichsweise hohe Reibung aufwiesen, durch reibungsarme Wälzlager, insbesondere durch Kugel- oder Nadellager, zu ersetzen, da die Ölzuführung bzw. Ölversorgung des zumindest einen Phasenstellers 4 nicht mehr über das Lager selbst, sondern benachbart zu diesem über einen separaten Ölzuführring 6 erfolgt.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ölzuführrings 6 kann dabei entsprechend der Anzahl der geforderten Ölströme unterschiedlich ausfallen. Denkbar ist beispielsweise ein Ölzuführring 6 wie er in der linken Darstellung gemäß der 1 gezeigt ist, wobei dieser Ölzuführring 6 zwei axial beabstandete außenliegende Ringkanäle 7 aufweist, über welche separate Ölströme 9 geführt werden können. Die einzelnen Ölströme 9 sind dabei im Hinblick auf ihre Unterschiede mit unterschiedlichen Pfeilen, beispielsweise Punktpfeilen, Strichpfeilen, gekreuzten Pfeilen oder durchgezogenen Pfeilen markiert.
Betrachtet man den Ölzuführring 6 gemäß der 1 weiter, so kann man erkennen, dass jeweils axial benachbart zu einem Ringkanal 7 zumindest ein Dichtring 11 vorgesehen ist, der den Außendurchmesser des Ölzuführrings 6 überragt und den Zylinderkopf 2 im Bereich der Ölgalerie 10 kontaktiert. Der Dichtring 11 kann dabei auch als Drossel ausgebildet sein und eine zumindest geringe Ölmenge passieren lassen. Dies ist insbesondere für den dem Lager 5 direkt benachbarten Dichtring 11 von großer Bedeutung, da dieser eine übermäßige und unerwünschte Ölabgabe an das Lager 5, das heißt an das Kugellager, verhindern soll, zur Schmierung des Lagers 5 aber eine vordefinierte geringe Ölmenge durchlassen soll. Selbstverständlich ist dabei auch eine Ausführung des Ölzuführrings 6 ohne derartige Dichtringe 11 vorstellbar, wie dies beispielsweise gemäß den 2 und 4 gezeigt ist.
Die Nockenwelle 3 kann darüber hinaus als sogenannte Cam-in-Cam-Nockenwelle ausgebildet sein und daher eine Außenwelle und eine koaxial darin angeordnete und zur Außenwelle verdrehbare Innenwelle aufweisen. In diesem Fall sind üblicherweise zwei Phasenversteller 4, die in einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst sind, vorgesehen, von denen der erste Phasenversteller 4 eine Phasenlage der Innenwelle und damit von ersten Nocken relativ zu einem Antrieb verstellt, während der zweite Phasenversteller eine Phasenlage der Außenwelle und damit der zweiten Nocken relativ zum Antrieb verstellt. Zur gerichteten Weiterleitung der Ölströme 9 innerhalb der Nockenwelle 3 kann in dieser eine sogenannte Ölführungshülse 12 (vgl. 4) oder aber ein Ölführungsstopfen 13 (vgl. 3) angeordnet sein. Die Ölführungshülse 12 bzw. der Ölführungsstopfen 13 sind dabei zum Weiterleiten zumindest eines Ölstroms 9, vorzugsweise jedoch mehrerer Ölströme 9, ausgebildet. Generell ist auch vorstellbar, dass das Lager 5, das heißt im vorliegenden Fall das Kugellager, und der benachbarte Ölzuführring 6 eine gemeinsame Baugruppe bilden. Eine Festlegung des Ölzuführrings 6 bzw. eines Innenrings des Lagers 5 auf der Nockenwelle 3 kann beispielsweise mittels eines Schrumpfsitzes oder in anderer bekannter Weise realisiert werden. Selbstverständlich kann der Ölzuführring 6 auch fest mit der Ölgalerie 10 verbunden sein, wobei dann die Dichtringe 11 an der bisher vorgesehenen Stelle entfallen und vielmehr zwischen dem Ölzuführring 6 und der Nockenwelle 3 angeordnet werden müssten.
Betrachtet man insbesondere die 4, so kann man erkennen, dass zwischen zwei Ölzuführringen 6 das Lager 5, das heißt in diesem Fall das Kugellager, angeordnet ist, wobei dann die bisher vergleichsweise eng beieinander liegenden Ölkanäle in der Ölgalerie 10 auseinandergezogen werden müssten. Generell ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Ölzuführringe 6 und der neuen Lager 5 aber auch bei bisher vorhandenen Ölgalerien denkbar, wobei dann der Ölzuführring 6 mit seinen Ringkanälen 7 auf die Ölkanäle in der Ölgalerie 10 ausgerichtet werden müsste. Ist dies nicht möglich, können die bisher bestehenden Ölkanäle in der Ölgalerie 10 durch Fräsen oder ähnliche Bearbeitungsverfahren hinsichtlich ihrer Ausrichtung und hinsichtlich ihres Verlaufs geändert werden.
Gemäß den 1 und 4 ist in der Ölgalerie 10 jeweils noch zumindest ein Leckagekanal 14 vorgesehen, wodurch eine unerwünscht hohe Ölmenge bzw. ein unerwünscht hoher Öldruck rückgeführt werden kann, um damit eine unerwünschte Leckage zum Lager 5 hin zu vermeiden. Die zu hohe Ölzuführung zum Lager 5 verschlechtert dessen Lagereigenschaft und erhöht zudem dessen Verschleißneigung. Das Lager 5 ist darüber hinaus vorzugsweise nah am Ketten-/Riemenrad, das heißt in diesem Fall am Phasenversteller 4 angeordnet, um eine Belastung und auch eine Wellenbiegung zu reduzieren.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ist es somit möglich, die Nockenwelle 3 einerseits leichtgängig und verschleißfest zu lagern und andererseits eine Ölzuführung zur Versorgung der Phasenversteller 4 mit Öl separat dazu auszugestalten.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer über zumindest ein Lager (5) gelagerten Nockenwelle (3) und mit zumindest einem Phasenversteller (4), dadurch gekennzeichnet, - dass das wenigstens eine Lager (5) ein Wälzlager ist, - dass benachbart zu dem Wälzlager ein Ölzuführring (6) die Nockenwelle (3) umgibt, der zumindest einen außen liegenden Ringkanal (7) und wenigstens eine Radialbohrung (8) aufweist, die mit einer Radialbohrung (8') in der Nockenwelle (3) fluchtet, wobei ein Außendurchmesser des Ölzuführrings (6) kleiner ist als ein Außendurchmesser des Wälzlagers, und wobei eine Ölversorgung des zumindest einen Phasenverstellers (4) über eine Ölgalerie (10) im Zylinderkopf (2) zum Ringkanal (7) des Ölzuführrings (6) und durch die Radialbohrung (8') in die Nockenwelle (3) hinein erfolgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölzuführring (6) zumindest zwei axial beabstandete außen liegende Ringkanäle (7) aufweist, über welche separate Ölströme (9) führbar sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils axial benachbart zu einem Ringkanal (7) zumindest ein Dichtring (11) vorgesehen ist, der den Außendurchmesser des Ölzuführrings (6) überragt und den Zylinderkopf (2) kontaktiert.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) als Drossel ausgebildet ist und eine zumindest geringe Ölmenge passieren lässt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) eine Außenwelle und eine koaxial darin angeordnete und zur Außenwelle verdrehbare Innenwelle aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe mit zwei Phasenverstellern (4) oder zumindest zwei Phasenversteller (4) vorgesehen sind, von denen der erste Phasenversteller (4) eine Phasenlage der Innenwelle und damit von ersten Nocken relativ zu einem Antrieb verstellt, während der zweite Phasenversteller eine Phasenlage der Außenwelle und damit der zweiten Nocken relativ zum Antrieb verstellt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lager (5) ein Kugellager oder ein Nadellager ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nockenwelle (3) eine Ölführungshülse (12) oder ein Ölführungsstopfen (13) angeordnet ist, die wenigstens einen vom Ölzuführring (6) empfangenen Ölstrom (9) an den Phasenversteller (4) weiterleitet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölführungshülse (12) oder der Ölführungsstopfen (13) zur Weiterleitung zumindest zweier separater Ölströme ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölzuführungsring (6) und das Wälzlager eine gemeinsame Baugruppe bilden.