DE102016103606A1

DE102016103606A1 - Lagervorrichtung für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen

Info

Publication number: DE102016103606A1
Application number: DE102016103606.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk KIRBY; Martin Pieper; Thomas Koch; Zbigniew Wasylczyszyn
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung (10) für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen (120) an einem Zylinderkopf (110) einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Grundkörper (20) mit einem ersten Lagerabschnitt (30) mit einer ersten Lagerfläche (32) zur Lagerung der ersten Nockenwelle (120) gegen eine erste Gegen-Lagerfläche (132) eines ersten Gegen-Lagerabschnitts (130) des Zylinderkopfs (110) und mit einem zweiten Lagerabschnitt (40) mit einer zweiten Lagerfläche (42) zur Lagerung der zweiten Nockenwelle (120) gegen eine zweite Gegen-Lagerfläche (142) eines zweiten Gegen-Lagerabschnitts (140) des Zylinderkopfs (110), wobei der Grundkörper (20) weiter einen Verbindungsabschnitt (50) zwischen den beiden Lagerabschnitten (30, 40) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (50) zumindest eine Durchgangsöffnung (52) für die Durchführung eines Motorbauteils, insbesondere eines Injektors (152) oder einer Zündkerze, eines Zylinders (150) der Brennkraftmaschine (100) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, einen Lagerrahmen mit zumindest zwei solcher Lagervorrichtungen sowie einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei solcher Lagervorrichtungen.
Es ist bekannt, dass Brennkraftmaschinen Nockenwellen verwenden, um das Öffnen und Schließen von Ventilkörpern von Einlassventilen und Auslassventilen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zu steuern. Diese Nockenwellen sind üblicherweise oberhalb der einzelnen Zylinder im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet und dort rotatorisch gelagert. Bekannte Lagerformen für die Nockenwellen sind dabei sogenannte Lagerkappen die zur rotatorischen Radiallagerung die jeweilige Nockenwelle umschließen. Diese Lagerkappen sind oben auf den Zylinderkopf aufgesetzt und häufig an dieser Stelle verschraubt. Bei der Verwendung von zwei Nockenwellen, also bei der entsprechenden Steuerung der Ventilkörper durch eine Nockenwelle für Einlassventile und durch eine zweite Nockenwelle für Auslassventile, sind diese Nockenwellen üblicherweise parallel auf dem Zylinderkopf angeordnet. Es gibt bereits Bestrebungen, die beiden parallelen Nockenwellen gemeinsam mit einer einzigen entsprechenden Lagerkappe zu lagern. Dies führt jedoch dazu, dass diese Lagerung ausschließlich zwischen den beiden benachbarten Zylindern für die Nockenwellen angeordnet werden kann, da am Zylinder mittig selbst zwischen den beiden Nockenwellen andere Einbauten, insbesondere ein Injektor, in den Zylinderraum des Zylinders hinein angeordnet sein müssen. Dies führt zu einer deutlichen Limitierung der Anordnungsfreiheit und damit einhergehend zu relativ komplexen Bauformen. Um bei bekannten Lagerkappen eine zum Zylinder mittige Anordnung zu ermöglichen ist demnach bisher eine Aufteilung auf einzelne Lagerkappen für die beiden Nockenwellen notwendig, da andere Motorenbauteile, wie zum Beispiel Injektoren im Weg sind. Neben der erhöhten Komplexität führt dies auch zu einem größeren Bauraum des gesamten Zylinderkopfes, da der Abstand zwischen den beiden Nockenwellen bei einer solchen Lagerung relativ groß ausgebildet werden muss.
Eine Reduktion des Abstandes der Nockenwellen ist bisher nur zwischen den Zylindern und damit außermittig möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise das Gewicht und/oder den Platzbedarf im Bereich des Zylinderkopfes für die Lagerung der Nockenwellen zu reduzieren.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Lagerrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lagerrahmen sowie dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Lagervorrichtung für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Hierfür weist die Lagervorrichtung einen Grundkörper mit einem ersten Lagerabschnitt mit einer ersten Lagerfläche zur Lagerung der ersten Nockenwelle gegen eine erste Gegen-Lagerfläche eines ersten Gegen-Lagerabschnitts des Zylinderkopfs auf. Zusätzlich ist der Grundkörper mit einem zweiten Lagerabschnitt mit einer zweiten Lagerfläche zur Lagerung der zweiten Nockenwelle gegen eine zweite Gegen-Lagerfläche eines zweiten Gegen-Lagerabschnitts des Zylinderkopfes ausgestattet. Dabei weist der Grundkörper weiter einen Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Lagerabschnitten auf, wobei dieser Verbindungsabschnitt zumindest eine Durchgangsöffnung für die Durchführung eines Motorbauteils, insbesondere eines Injektors oder einer Zündkerze, eines Zylinders der Brennkraftmaschine aufweist. In der nachfolgenden Beschreibung wird bei der Benutzung der Durchgangsöffnung immer wieder Bezug genommen auf einen Injektor für Kraftstoff. Dabei ist dieser Bezug nur beispielhaft zu verstehen. Alternativ kann anstelle eines Injektors in der Durchgangsöffnung auch ein anderes Motorbauteil, zum Beispiel in Form einer Zündkerze, eingesetzt sein.
Eine Lagervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Ausbildung eines oberen Teils der Lagerfunktion. Die Lagerung ergibt sich in dem Zusammenwirken der Lagerflächen der Lagervorrichtung mit den Gegen-Lagerflächen des Zylinderkopfes. Dabei können die Gegenlagerflächen direkt in dem Material des Zylinderkopfes ausgebildet sein. Auch eine indirekte Ausbildung in oder am Zylinderkopf, zum Beispiel durch die Verwendung eines unteren Lagerrahmen oder sogar unterer Lagervorrichtungen, welche insbesondere in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sind, ist hier denkbar.
Erfindungsgemäß ist nun eine gemeinsame Lagervorrichtung zur Lagerung der beiden parallelen Nockenwellen vorgesehen. Für die jeweilige Lagerfunktionalität sind zwei separate Lagerabschnitte vorgesehen, welche jeweils mit Lagerflächen ausgestattet sind. Die Lagerung zur Rotation der Nockenwellen im Bereich des Zylinderkopfes wird durch die Korrelation mit entsprechenden Gegen-Lagerflächen von zugehörigen Gegen-Lagerabschnitten des Zylinderkopfes vervollständigt. Mit anderen Worten kann eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung auch als sogenannte Lagerkappe bezeichnet werden Eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung bildet die Lagerung, also in der Korrelation zu den Gegen-Lagerflächen der Gegen-Lagerabschnitte des Zylinderkopfs aus. Bereits durch diese halbschalenförmige Ausbildung der Lagervorrichtung wird dementsprechend eine Reduktion der Gesamtbauhöhe der Lagervorrichtung bzw. des Zylinderkopfes mit den Nockenwellen erreicht. Bereits auf diese Weise ist eine Erhöhung der Kompaktheit mit einer Reduzierung des Bauraums verbunden.
Erfindungsgemäß ist die Lagervorrichtung nun auch ausgestattet, in einem besonders vorteilhaften Bereich zur Lagerung der einzelnen Nockenwellen angeordnet zu werden. Während bekannte Lösungen eine Kombination der Lagerung der beiden Nockenwellen mit einer einzigen Lagervorrichtung nur dann zugelassen haben, wenn die Positionierung der Lagervorrichtung zwischen den einzelnen Zylindern stattgefunden hat, wird erfindungsgemäß nun durch den Verbindungsabschnitt auch eine zentrale Anordnung zum Zylinder der Brennkraftmaschine möglich. Dies wird erzielt durch das Vorsehen der Durchgangsöffnung für die Durchführung eines Injektors im Verbindungsabschnitt des Grundkörpers.
Der Verbindungsabschnitt des Grundkörpers ist zu verstehen als der Bereich des Grundkörpers, welcher zwischen den beiden Lagerabschnitten angeordnet ist und diese sozusagen miteinander verbindet. Wie später noch erläutert wird, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung vorzugsweise um ein einstückiges bzw. monolithisches bzw. integral ausgestaltetes Bauteil, welches die einzelnen Abschnitte in monolithischer bzw. integraler Bauweise in einem gemeinsamen und einzigen Grundkörper aufweist.
Das Vorsehen der Durchgangsöffnung, zum Beispiel in Form einer Bohrung im Verbindungsabschnitt, erlaubt es nun, die Lagervorrichtung auch frei und insbesondere mittig zum jeweiligen Zylinder anzuordnen. Dies wird dadurch möglich, dass nun eine Baukollision zwischen dem Injektor und der Lagervorrichtung vermieden wird, da in der Lagervorrichtung selbst die Durchgangsöffnung für die Durchführung des Injektors vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird die Reduktion der Bauteile auf eine einzige Lagervorrichtung zur Lagerung der beiden parallelen Nockenwellen mit einer vorteilhaften Positionierung der Lagervorrichtung in der Mitte oder im Bereich der Mitte des jeweiligen Zylinders kombinierbar.
Ausgehend von den bekannten Lösungen, welche entweder auf einzelnen Lagervorrichtungen für einzelne Nockenwellen oder auf zwischen den einzelnen Zylindern angeordneten gemeinsamen Lagervorrichtungen für beide Nockenwellen basierten, ist nun erfindungsgemäß nicht nur eine Reduktion der Gesamtbauteile, sondern gleichzeitig auch eine Reduktion der Komplexität und eine Reduktion des notwendigen Bauraums erzielbar. Damit einhergehend ist auch eine Reduktion des Gewichts des gesamten Zylinderkopfes auf diese Weise erreichbar.
Die einzelnen Lagerabschnitte sind dabei zur Ausbildung von Radiallagern vorgesehen. Um jedoch auch Axialkräfte gegen eine Verschieblichkeit der einzelnen Nockenwellen aufnehmen zu können, kann vorteilhafterweise zumindest eine, insbesondere genau eine, Lagerstelle also dementsprechend eine spezifische Lagervorrichtung von mehreren Lagervorrichtungen der gesamten Nockenwellen, mit einer entsprechenden Axialabstützung versehen sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei mehr als zwei Nockenwellen mit dem gleichen erfindungsgemäßen Konzept ausgestattet werden können. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass an den zweiten Lagerabschnitt ein weiterer Verbindungsabschnitt anschließt, welcher eine Verbindung zu einem dritten Lagerabschnitt zum Lagern der dritten Nockenwelle zur Verfügung stellt. Durch eine entsprechende weitere Kaskadierung ist auf die gleiche Weise auch eine Lagerung von einer vierten oder weiteren Nockenwellen durch einen vierten oder weitere Lagerabschnitte denkbar.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung der Verbindungsabschnitt zumindest zwei Befestigungsschnittstellen zur Befestigung an der Brennkraftmaschine aufweist, welche neben der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Während grundsätzlich eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung in beliebiger Weise an dem Zylinderkopf befestigbar ist, kann das Vorsehen von expliziten Befestigungsschnittstellen an der Lagervorrichtung selbst Vorteile mit sich bringen. So ist es zwar grundsätzlich denkbar, dass die Lagervorrichtung durch externe Befestigungselemente, zum Beispiel durch ein formschlüssiges Einschließen an dem Zylinderkopf befestigbar ist, jedoch sind Befestigungsschnittstellen als Teil der Lagervorrichtung selbst mit einer weiteren Reduktion der Komplexität verbunden. Auf separate Befestigungsbauteile neben den notwendigen Verschraubungen bzw. Vernietungen oder anderweitigen Befestigungsmitteln kann auf diese Weise verzichtet werden. Das Anordnen von zumindest zwei Befestigungsschnittstellen neben der Durchgangsöffnung, insbesondere auf unterschiedlichen Seiten der Durchgangsöffnung, führt zu einer vorteilhaften und besonders robusten und stabilen Abstützung von den durch die Lagervorrichtung aufgenommenen Kräften. Insbesondere ist auf diese Weise eine seitliche Verlagerung der Abstützung möglich, welche eine erhöhte Stabilität auch bei axialer Krafteinwirkung zur Verfügung stellen kann.
Bei der Lagervorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz kann es von Vorteil sein, wenn die zumindest zwei Befestigungsschnittstellen des Verbindungsabschnittes auf einer ersten Befestigungsachse angeordnet sind, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu Lagerachsen der beiden Lagerabschnitte ist. Die einzelnen Nockenwellen weisen hinsichtlich ihrer Rotierbarkeit Rotationsachsen auf, welche dementsprechend identisch mit den Lagerachsen der Lagerabschnitte bzw. der Gegen-Lagerabschnitte sind. Üblicherweise sind die Lagerabschnitte mit sich an einer Kreisform bzw. an einer Zylinderform orientierenden Lagerflächen versehen. Auf diese Weise lässt sich auch explizit eine jeweils zuordenbare Lagerachse definieren. Sind nun zwei Befestigungsschnittstellen in erfindungsgemäßer Weise dieser Ausführungsformen am Verbindungsabschnitt angeordnet, so sind diese auf einer gemeinsamen Geraden, welche hier als erste Befestigungsachse bezeichnet wird, angeordnet. Eine parallele Ausrichtung zu den Lagerachsen führt zu einer verbesserten Robustheit und zu einer erhöhten mechanischen Stabilität, da unerwünschte Drehmomente auf den einzelnen Befestigungsabschnitten sowie eine entsprechende Abstützung solcher Drehmomente in der Lagervorrichtung reduziert bzw. auf ein Minimum gebracht werden.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung die beiden Lagerabschnitte und der Verbindungsabschnitt einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sind. Darunter ist zu verstehen, dass zum Beispiel durch ein Gussverfahren eine Herstellung der Lagervorrichtung erfolgen kann. Der Grundkörper ist als einziges und einheitliches Bauteil nun mit den einzelnen Abschnitten ausgestattet, welche auch als einstückig, integral und/oder monolithisch bezeichnet werden können. Neben einem Gussverfahren ist es auch möglich mit sogenannter additiver Fertigung, also in einem aufbauenden Fertigungsverfahren, eine solche einteilige Grundkörperausgestaltung zur Verfügung zu stellen. Dabei sei zum Beispiel ein sogenannter 3-D-Druck als entsprechendes Fertigungsverfahren genannt. Neben der verbesserten Stabilität und der Reduktion von mechanischen Fehlerrisiken kann auf diese Weise eine einfache und kostengünstige Herstellmöglichkeit gegeben werden.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung die beiden Lagerabschnitte jeweils zumindest eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung an der Brennkraftmaschine aufweisen. Auch hier ist wieder darauf hinzuweisen, dass auch eine externe Befestigung möglich wäre, um auf solche Befestigungsschnittstellen grundsätzlich zu verzichten. Das Vorsehen von Befestigungsschnittstellen an den Lagerabschnitten bringt jedoch die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits weiter oben zu den Befestigungsschnittstellen des Verbindungsabschnitts erläutert worden sind. Sind die Befestigungsschnittstellen an den Lagerabschnitten vorgesehen, wird auf diese Weise der Abstand zu der Aufnahme der Lagerkräfte über die Lagerflächen deutlich reduziert und auf diese Weise die einwirkenden Hebelkräfte minimiert. Selbstverständlich kann es vorteilhaft sein, wenn die Befestigungsschnittstellen der Lagerabschnitte in einer Ausführungsform kombiniert werden mit Befestigungsschnittstellen, welche ebenfalls am Verbindungsabschnitt angeordnet sind. Vorzugsweise sind genau vier Befestigungsschnittstellen am gesamten Grundkörper vorgesehen, wobei zwei Befestigungsschnittstellen an den äußeren Enden der Lagerabschnitte, also außerhalb der Lagerflächen, und zwei weitere Befestigungsabschnitte innerhalb der Lagerflächen am Verbindungsabschnitt seitlich zur Durchgangsöffnung angeordnet sind.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung die Befestigungsschnittstellen der beiden Lagerabschnitte gemäß dem voranstehenden Absatz auf einer zweiten Befestigungsachse angeordnet sind, welche quer, vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, zu Lagerachsen der beiden Lagerabschnitte angeordnet ist. Auch die hier genannten Lagerachsen sind die Lagerachsen, wie sie bereits weiter oben erläutert worden sind. Eine Anordnung quer zu diesen Lagerachsen bzw. vorzugsweise senkrecht dazu führt ebenfalls zu einer deutlich verbesserten mechanischen Stabilität und Robustheit des Gesamtsystems der Lagervorrichtung. Insbesondere können Querkräfte oder Scherkräfte, welche zum Beispiel durch die Abstützung von entsprechend großen Hebelarmen auftreten können, auf diese Weise reduziert oder sogar vollständig vermieden werden. Ebenfalls wird es auf diese Weise möglich, unerwünschte Torsion innerhalb des Bauteils des Grundkörpers zu reduzieren oder sogar vollständig zu vermeiden.
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung die Durchgangsöffnung wenigstens eine Funktionsfläche aufweist mit einer Zusatzfunktion für das Motorbauteil, insbesondere den Injektor oder die Zündkerze, insbesondere eine der folgenden Zusatzfunktionen:

– Befestigung für das Motorbauteil
– Stützen des Motorbauteils
– Tragen des Motorbauteils
– Abdichten des Motorbauteils

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Eine solche Zusatzfunktion wird vorzugsweise durch eine im Wesentlichen ebene Funktionsfläche oder gekrümmte Funktionsfläche zur Verfügung gestellt. Ist die Lagervorrichtung mit ihrem Grundkörper als Gussteil ausgebildet, kann eine solche Funktionsfläche, zum Beispiel durch spanende Nachbearbeitung, auf den gewünschten Glattheitsgrad und das gewünschte Maß gebracht werden. So wird es möglich, auf zusätzliche Befestigungsnotwendigkeiten für den Injektor in der gewünschten Injektionsposition zu verzichten, da diese Befestigungsfunktionalität bzw. das Stützen oder Tragen des Injektors bereits ebenfalls durch die Lagervorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Dies erlaubt es, eine noch stärkere Reduktion der Komplexität mit einer Erhöhung der Kompaktheit zu verbinden. Das Gesamtgewicht einer auf diese Weise ausgestatteten Brennkraftmaschine wird ebenfalls reduziert. Unter einer Abdichtung ist insbesondere eine fluiddichte Abdichtung zu verstehen. Dabei können separate Dichtmittel, zum Beispiel in Form von O-Ringen, eingesetzt werden. Auch die Ausbildung von Dichtnuten und/oder Dichtflächen in der Durchgangsöffnung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lagerrahmen für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen einer Brennkraftmaschine, aufweisend zumindest zwei erfindungsgemäße Lagervorrichtungen, wobei die Grundkörper der zumindest zwei Lagervorrichtungen miteinander verbunden sind. Da dieser Lagerrahmen einzelne Lagervorrichtungen miteinander kombiniert kann er auch als oberer Lagerrahmen bezeichnet werden, welcher von oben auf dem Zylinderkopf aufgesetzt ist. Dabei kann dieser obere Lagerrahmen mit einem unteren Lagerrahmen zur Ausbildung der Lagerung in befestigender Weise verbunden sein. Die Verbindung der Grundkörper kann sowohl in einstückiger, monolithischer und/oder integraler Weise ausgestaltet sein, oder indirekt über Verbindungselemente zur Verfügung gestellt werden. Somit wird ein Lagerrahmen ausgebildet, welcher entweder durch entsprechend gemeinsame Fertigung oder durch eine Vormontage in einem einzigen Arbeitsschritt auf dem Zylinderkopf zur Ausbildung der Lagerung der zwei parallelen Nockenwellen montierbar ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Lagervorrichtungen werden damit die gleichen Vorteile für den Lagerrahmen erzielt, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung erläutert worden sind.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, aufweisend zwei parallele Nockenwellen zur Steuerung der Ventilbewegung von Ventilen der Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei weist der Zylinderkopf zumindest zwei erste Gegen-Lagerabschnitte mit jeweils einer ersten Gegen-Lagerfläche zur Lagerung der ersten Nockenwelle auf. Darüber hinaus ist der Zylinderkopf mit zumindest zwei zweiten Gegen-Lagerabschnitten mit jeweils einer zweiten Gegen-Lagerfläche zur Lagerung der zweiten Nockenwelle ausgestattet. Auch hier ist wieder eine direkte Ausbildung der Gegen-Lagerflächen im Material des Zylinderkopfs möglich. Alternativ ist eine indirekte Ausbildung der Gegenlagerflächen in einer unteren Lagervorrichtung und/oder einem unteren Lagerrahmen denkbar. Weiter sind zwei Lagervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, welche mittels der Lagerabschnitte die Lagerung der beiden Nockenwellen mit den Gegen-Lagerabschnitten ausbilden. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung erläutert worden sind. Dabei korrelieren die einzelnen Gegen-Lagerflächen der Gegen-Lagerabschnitte mit den Lagerflächen der Lagerabschnitte der Lagervorrichtungen, so dass auf diese Weise eine umfängliche Rotationslagerung bzw. Radiallagerung in paralleler Weise für die einzelnen Nockenwellen zur Verfügung stellbar wird.
Ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Lagervorrichtungen mittig zu den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass der entsprechende Injektor für jeden Zylinder an der entsprechenden Lagerposition durch die Durchgangsöffnung in den Verbindungsabschnitt der Lagervorrichtung angeordnet werden kann bzw. angeordnet worden ist. Hier ist gut zu erkennen, dass damit die komplette Kompaktheit des Gesamtsystems des Zylinderkopfs deutlich erhöht werden kann, so dass der Gesamtbauraum des Zylinderkopfs und damit der Brennkraftmaschine reduzierbar wird. Eine mittige Anordnung in Bezug zu den Zylindern ist dabei auf den entsprechenden Querschnitt zu sehen, welcher senkrecht durch den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine geht. Mit anderen Worten ragt der entsprechende Motorbauteil, insbesondere in Form eines Injektors oder einer Zündkerze, und damit die zentrale Öffnungsachse der Durchgangsöffnung des Verbindungsabschnitts von oben in den Zylinderraum hinein. Vorzugsweise ist bei der Montage der Lagervorrichtung auf der Oberseite des Zylinderkopfs die zentrale Achse des Injektors parallel bzw. koaxial mit der Durchgangsöffnungsachse der Durchgangsöffnung ausgerichtet. Diese beiden Achsen sind vorzugsweise ebenfalls koaxial mit der Zylinderachse des darunter angeordneten mittigen Zylinders.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf die Verbindungsabschnitte der beiden Lagervorrichtungen jeweils zumindest zwei Befestigungsschnittstellen zur Befestigung an der Brennkraftmaschine aufweisen, welche neben der Durchgangsöffnung und zwischen den beiden Nockenwellen angeordnet sind. Wie bereits erläutert worden ist mit Bezug auf die einzelnen Lagervorrichtungen, kann durch die Befestigungsschnittstellen im Bereich der Verbindungsabschnitte eine weitere Vereinfachung des Gesamtsystems erzielbar werden. Die Anordnung zwischen den beiden Nockenwellen erhöht dabei die Kompaktheit des Gesamtsystems weiter.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf die beiden Lagerabschnitte der Lagervorrichtungen jeweils zumindest eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung an der Brennkraftmaschine außerhalb der beiden Nockenwellen aufweisen. Auch hierzu wurde bereits ausführlich mit Bezug auf die entsprechende Ausführungsform der Lagervorrichtungen erläutert. Die Anordnung außerhalb der Nockenwellen schließt sozusagen die Nockenwellen nach außen hin ab und führt insbesondere zu besonders kurzen Hebelarmen für die mechanische Abstützung der Lagerkräfte der Radiallagerung der beiden Nockenwellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine in isometrischer Draufsicht,
2 eine Teildarstellung eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine mit einer angeordneten erfindungsgemäßen Lagervorrichtung,
3 die Lagervorrichtung der 2 in isolierter perspektivischer Darstellung,
4 ein Querschnitt durch die Anordnung gemäß 2,
5 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß 2 und
6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerrahmens.
In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 100 dargestellt, welche an ihrer Oberseite mit einem Zylinderkopf 110 ausgestattet ist. Hier ist gut zu erkennen, dass bei dieser Brennkraftmaschine 100 für vier Zylinder 150 zwei Nockenwellen 120 vorgesehen sind. Die beiden Nockenwellen 120 sind parallel oberhalb des Zylinderkopfs 110 an diesem angeordnet und dort rotatorisch gelagert. Für jeden einzelnen Zylinder 150 sind hier in Summe demnach vier Injektoren 152 vorgesehen, welche mittig oberhalb des jeweiligen Zylinders 150 angeordnet sind. Für jeden Zylinder 150 ist eine Lagervorrichtung 10 vorgesehen, welche als obere Lagerhalbschale mit entsprechenden Gegen-Lagerabschnitten 130 und 140 des Zylinderkopfs 110 die Lagerung ausbildet. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Lagervorrichtung 10 auch bei anderen Zylinderzahlen, zum Beispiel bei zwei, drei, fünf, sechs oder mehr Zylindern, denkbar. Auch wird nochmals auf die beispielhafte Verwendung eines Injektors als Motorbauteil verwiesen. Selbstverständlich werden die erfindungsgemäßen Vorteile auch durch andere Formen des Motorbauteils, zum Beispiel einer Zündkerze, erzielbar.
In 2 ist mit größerer Detailgenauigkeit die Korrelation des Zylinderkopfes 110 mit einer Lagervorrichtung 10 dargestellt. Auf der Oberseite der Brennkraftmaschine 100 ist nun ein im Wesentlichen kreuzförmiges bzw. sternförmiges Element der Lagervorrichtung 10 angeordnet. Dieses ist mit zwei Lagerabschnitten 30 und 40 ausgestattet, welche jeweils mit einer Lagerfläche 32 und 42 eine Lagerfunktionalität für die beiden Nockenwellen 120 zur Verfügung stellen. In der Mitte zwischen den beiden Lagerabschnitten 30 und 40 ist der Verbindungsabschnitt 50 vorgesehen, welcher hier mit der Durchgangsöffnung 52 für die Aufnahme des Injektors 152 ausgestaltet ist. Die innere Fläche dieser Durchgangsöffnung 52 ist als Funktionsfläche 56 spanend bearbeitet worden, um eine entsprechende Ausrichtung und Zentrierung bzw. Haltefunktionalität für den Injektor 152 zur Verfügung stellen zu können.
Der 2 ist weiter eine besonders einfache und vorteilhafte Befestigungsmöglichkeit am Zylinderkopf 110 für die Lagervorrichtung 10 zu entnehmen. So ist hier der Verbindungsabschnitt 50 mit zwei Befestigungsschnittstellen 54 versehen, welche seitlich links und rechts neben der Durchgangsöffnung 52 angeordnet sind. Die tatsächliche Befestigung ist hier mit einer Verschraubung dargestellt und ausgebildet. Die beiden Befestigungsschnittstellen 54 liegen auf einer gemeinsamen ersten Befestigungsachse B1, welche hier parallel bzw. im Wesentlichen parallel zu den beiden Lagerachsen L1 und L2 der beiden Nockenwellen 120 ausgerichtet ist. Darüber hinaus sind auch die beiden Lagerabschnitte 30 und 40 mit entsprechenden Befestigungsschnittstellen 34 und 44 ausgestattet. Auch hier ist die tatsächliche Befestigungsfunktionalität durch zugehörige Schraubmittel zur Verfügung gestellt. Die beiden Befestigungsschnittstellen 34 und 44 der beiden Lagerabschnitte 30 und 40 bilden ebenfalls eine gemeinsame zweite Befestigungsachse B2 aus, welche hier senkrecht bzw. im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Lagerachsen L1 und L2 ausgerichtet ist. Auch auf diese Weise wird unerwünschte Torsion innerhalb des Grundkörpers 20 der Lagervorrichtung 10 vermieden bzw. reduziert.
In 3 ist schematisch die Lagervorrichtung 10 mit ihrem Grundkörper 20 isoliert vom Zylinderkopf 110 dargestellt. So ist hier gut für die einzelnen Lagerabschnitte 30 und 40 die jeweilige Lagerfläche 32 und 42 zu erkennen, welche sozusagen die Oberseite bzw. das kappenartige Oberteil für die Gesamtlagerung der beiden Nockenwellen 120 darstellt.
In 4 ist in einem schematischen Querschnitt dargestellt, wie die mittige Anordnung mit Bezug auf den Zylinder 150 und die tatsächliche Lagerung zu verstehen ist. Der Zylinder 150 ist als Zylinderraum unterhalb des Injektors 152 in der Brennkraftmaschine 100 ausgebildet. Um die jeweiligen Einlassventile und Auslassventile zu steuern, sind die beiden Nockenwellen 120 hier rotatorisch parallel gelagert. Die Lagervorrichtung 10 ist hier ebenfalls im Querschnitt zu erkennen und insbesondere die durch die Montage ausgebildete Lagerfunktionalität in Korrelation der beiden Lagerflächen 32 und 42 mit den Gegen-Lagerflächen 132 und 142 der beiden Gegen-Lagerabschnitte 130 und 140 des Zylinderkopfs 110. Auch ist gut zu erkennen, wie die mittige Anordnung des Injektors 152 nun nicht mehr mit der mittigen Anordnung der Lagervorrichtung 10 kollidiert, da der Injektor 152 durch die Durchgangsöffnung 52 des Verbindungsabschnitts 50 hindurchragen kann.
5 zeigt in Draufsicht noch einmal die Darstellung, wie sie in 2 in perspektivischer Darstellung gewählt worden ist. Insbesondere ist hier gut zu erkennen, wie die Abstützung der aufgenommenen Lagerkräfte einmal zwischen den beiden Nockenwellen 120 über die beiden Befestigungsabschnitte 54 und außerhalb der beiden Nockenwellen 120 durch die Befestigungsabschnitte 34 und 44 zur Verfügung gestellt werden kann.
6 zeigt eine Möglichkeit der Ausbildung eines Lagerrahmens 200, bei welchem zumindest zwei Lagervorrichtungen 10 miteinander kombiniert worden sind. Diese Kombination kann sowohl fertigungstechnisch zur Ausbildung eines gemeinsamen Grundkörpers 20 oder mithilfe eines hier nicht näher erläuterten Verbindungselementes zur Verfügung gestellt sein.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen, welche, sofern sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden können.
Bezugszeichenliste

10: Lagervorrichtung
20: Grundkörper
30: erster Lagerabschnitt
32: erste Lagerfläche
34: Befestigungsschnittstelle
40: zweiter Lagerabschnitt
42: zweite Lagerfläche
44: Befestigungsschnittstelle
50: Verbindungsabschnitt
52: Durchgangsöffnung
54: Befestigungsschnittstelle
56: Funktionsfläche
100: Brennkraftmaschine
110: Zylinderkopf
120: Nockenwelle
130: erster Gegen-Lagerabschnitt
132: erste Gegen-Lagerfläche
140: zweiter Gegen-Lagerabschnitt
142: zweite Gegen-Lagerfläche
150: Zylinder
152: Injektor
200: Lagerrahmen
B1: erste Befestigungsachse
B2: zweite Befestigungsachse
L1: Lagerachse
L2: Lagerachse

Claims

Lagervorrichtung (10) für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen (120) an einem Zylinderkopf (110) einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Grundkörper (20) mit einem ersten Lagerabschnitt (30) mit einer ersten Lagerfläche (32) zur Lagerung der ersten Nockenwelle (120) gegen eine erste Gegen-Lagerfläche (132) eines ersten Gegen-Lagerabschnitts (130) des Zylinderkopfs (110) und mit einem zweiten Lagerabschnitt (40) mit einer zweiten Lagerfläche (42) zur Lagerung der zweiten Nockenwelle (120) gegen eine zweite Gegen-Lagerfläche (142) eines zweiten Gegen-Lagerabschnitts (140) des Zylinderkopfs (110), wobei der Grundkörper (20) weiter einen Verbindungsabschnitt (50) zwischen den beiden Lagerabschnitten (30, 40) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (50) zumindest eine Durchgangsöffnung (52) für die Durchführung eines Motorbauteils, insbesondere eines Injektors (152) oder einer Zündkerze, eines Zylinders (150) der Brennkraftmaschine (100) aufweist.
Lagervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (50) zumindest zwei Befestigungsschnittstellen (54) zur Befestigung an der Brennkraftmaschine (100) aufweist, welche neben der Durchgangsöffnung (52) angeordnet sind.
Lagervorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Befestigungsschnittstellen (54) des Verbindungsabschnitts (50) auf einer ersten Befestigungsachse (B1) angeordnet sind, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu Lagerachsen (L1, L2) der beiden Lagerabschnitte (30, 40) ist.
Lagervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerabschnitte (30, 40) und der Verbindungsabschnitt (50) einstückig mit dem Grundkörper (20) ausgebildet sind.
Lagervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerabschnitte (30, 40) jeweils zumindest eine Befestigungsschnittstelle (34, 44) zur Befestigung an der Brennkraftmaschine (100) aufweisen.
Lagervorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschnittstellen (34, 44) der beiden Lagerabschnitte (30, 40) auf einer zweiten Befestigungsachse (B2) angeordnet sind, welche quer, vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, zu Lagerachsen (L1, L2) der beiden Lagerabschnitte (30, 40) angeordnet ist.
Lagervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (50) wenigstens eine Funktionsfläche (56) aufweist mit einer Zusatzfunktion für das Motorbauteil, insbesondere den Injektor (152) oder die Zündkerze, vorzugsweise eine der folgenden Zusatzfunktionen: – Befestigung für das Motorbauteil – Stützen des Motorbauteils – Tragen des Motorbauteils – Abdichten des Motorbauteils
Lagerrahmen (200) für die Lagerung von zwei parallelen Nockenwellen (120) einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend zumindest zwei Lagervorrichtungen (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 wobei die Grundkörper (20) der zumindest zwei Lagervorrichtungen (10) miteinander verbunden sind.
Zylinderkopf (110) einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend zwei parallele Nockenwellen (120) zur Steuerung der Ventilbewegung von Ventilen der Zylinder (150) der Brennkraftmaschine (100), wobei der Zylinderkopf (110) zumindest zwei erste Gegen-Lagerabschnitte (130) mit jeweils einer ersten Gegen-Lagerfläche (132) zur Lagerung der ersten Nockenwelle (120) und zumindest zwei zweite Gegen-Lagerabschnitte (140) mit jeweils einer zweiten Gegen-Lagerfläche (142) zur Lagerung der zweiten Nockenwelle (120) aufweist, wobei weiter wenigstens zwei Lagervorrichtungen (10) mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7 mittels der Lagerabschnitte (30, 40) die Lagerung der beiden Nockenwellen (120) mit den Gegen-Lagerabschnitten (130, 140) ausbilden.
Zylinderkopf (110) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtungen (10) mittig zu den Zylindern (150) der Brennkraftmaschine (100) angeordnet sind.
Zylinderkopf (110) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsabschnitte (50) der beiden Lagervorrichtungen (10) jeweils zumindest zwei Befestigungsschnittstellen (54) zur Befestigung an der Brennkraftmaschine (100) aufweisen, welche neben der Durchgangsöffnung (52) und zwischen den beiden Nockenwellen (120) angeordnet sind.
Zylinderkopf (110) nach einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerabschnitte (30, 40) der Lagervorrichtungen (10) jeweils zumindest eine Befestigungsschnittstelle (34, 44) zur Befestigung an der Brennkraftmaschine (100) außerhalb der beiden Nockenwellen (120) aufweisen.