DE102016208392A1 - camshaft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe (4, 10) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken (6, 8; 12, 14) tragende Nockenwelle (2), ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) über eine Längsverzahnung (22) drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel (24). Um bei einer axialen Verstellung der Nockenwelle (2) zur Nockenumschaltung gleichzeitig eine Phasenverstellung zwischen Nockenwelle (2) und der Kurbelwelle auszuführen, ist die Längsverzahnung (22) als Schrägverzahnung ausgebildet, so dass die Nockenwelle (2) bei einer Längsverstellung gegenüber dem Antriebsritzel (24) verdreht wird.The invention relates to an at least one cam group (4, 10) with at least two different cams (6, 8, 12, 14) supporting the camshaft (2) mounted axially displaceably in the housing of an internal combustion engine, further comprising an on an axial end portion (20). the camshaft (2) via a longitudinal toothing (22) rotatably mounted, axially fixedly mounted in the housing and drivingly connected to a crankshaft drive pinion (24). In order to carry out an adjustment of the phase between the camshaft (2) and the crankshaft during an axial adjustment of the camshaft (2) for cam switching, the longitudinal toothing (22) is designed as helical toothing, so that the camshaft (2) at a longitudinal displacement relative to the drive pinion (24 ) is twisted.

Description

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken tragende Nockenwelle, ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt der Nockenwelle über eine Längsverzahnung drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel.The invention relates to an axially displaceably mounted in the housing of an internal combustion engine, at least one cam group with at least two different cam bearing camshaft, further comprising a rotatably coupled on an axial end portion of the camshaft via a spline, axially fixedly mounted in the housing and drivingly connected to a crankshaft drive pinion.

Um beispielsweise den Wirkungsgrad und den Treibstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors bei unterschiedlichen Drehzahlen und wechselnden Belastungen zu optimieren, wird bei modernen Motoren eine an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepasste variable Ventilsteuerung genutzt. For example, in order to optimize the efficiency and fuel consumption of an internal combustion engine at different speeds and changing loads, in modern engines adapted to the different operating conditions variable valve timing is used.

Diese umfasst im allgemeinen zwei unterschiedliche Maßnahmen, nämlich einerseits eine Veränderung des Ventilhubes und der Ventilöffnungszeit, um beispielsweise den Füllungsgrad des zugeordneten Zylinders zu verändern, sowie andererseits eine Veränderung der Synchronisierung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle (Phasenverstellung), um beispielsweise eine Überschneidung der Öffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile zu verändern, wie allgemein bekannt ist. This generally comprises two different measures, namely on the one hand a change in the valve lift and the valve opening time, for example, to change the degree of filling of the associated cylinder, and on the other hand, a change in the synchronization between the crankshaft and camshaft (phasing), for example, an overlap of the opening times of the intake valves and to change exhaust valves, as is well known.

Variable Ventilhübe und Ventilöffnungszeiten erreicht man etwa durch Zuordnung unterschiedlich profilierter Nocken zu jeweils einem Einlassventil oder Auslassventil. Dazu sind gemäß einer bekannten Lösung auf einer axial verschiebbaren Nockenwelle jeweils einem Ventil zugeordnete Nockengruppen mit unterschiedlich profilierten Nocken angeordnet, die durch axiale Verschiebung der Nockenwelle wahlweise mit dem zugeordneten Ventil in Wirkverbindung gebracht werden. Eine gerade Längsverzahnung zwischen Nockenwelle und Antriebsritzel ermöglicht die Längsbewegung der Nockenwelle gegenüber dem die Nockenwelle antreibenden Antriebsritzel.Variable valve lifts and valve opening times can be achieved, for example, by assigning differently profiled cams to an intake valve or exhaust valve. These are arranged according to a known solution on an axially displaceable camshaft each having a valve associated cam groups with differently profiled cam, which are selectively brought by axial displacement of the camshaft with the associated valve in operative connection. A straight longitudinal toothing between the camshaft and drive pinion allows the longitudinal movement of the camshaft relative to the drive pinion driving the camshaft.

Eine Phasenverstellung erreicht man beispielsweise dadurch, dass das auf der Nockenwelle angeordnete, mit der Kurbelwelle antriebsverbundene Antriebsritzel in Bezug zur Nockenwelle verdreht wird, wodurch die Winkellage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert wird. Auf der aus dem Internet herunterladbaren Seite mit der Adresse https//de.wikipedia.org/wiki/Nockenwellenverstellung#VANOS ist ein solches System beschrieben, wobei für diese Verstellung ein gesonderter, konstruktiv und herstellungstechnisch aufwendiger Verstellantrieb eingesetzt wird, bei welchem eine Axialbewegung eines hydraulischen Stellkolbens über eine Schrägverzahnung in eine Verdrehung umgewandelt wird. A phase adjustment can be achieved, for example, by the fact that arranged on the camshaft, drive-connected with the crankshaft drive pinion is rotated in relation to the camshaft, whereby the angular position of the camshaft relative to the crankshaft is changed. On the page downloadable from the Internet with the address https: // de.wikipedia.org / wiki / camshaft adjustment VANOS # such a system is described, with a separate, constructive and manufacturing technically complex adjustment is used for this adjustment, in which an axial movement of a hydraulic actuator piston is converted via a helical gear in a rotation.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle der im Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit konstruktiv und herstellungstechnisch einfachen Mitteln eine Nockenumschaltung sowie eine gleichzeitige Phasenverstellung erreicht wird. Against this background, the present invention seeks to provide a camshaft in the preamble of claim 1 and the aforementioned type in which a cam switching and a simultaneous phase adjustment is achieved with constructive and manufacturing technology simple means.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution of this problem arises from the features of the main claim, while advantageous embodiments and further developments of the invention are the dependent claims can be removed.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass sich die für eine Nockenumschaltung erforderliche axiale Verstellbewegung der Nockenwelle mittels geeigneter Getriebemittel in eine Phasenverstellbewegung der Nockenwelle umwandeln lassen sollte. The invention is based on the finding that the required for a cam switching axial adjustment of the camshaft should be converted by means of suitable transmission means in a Phasenverstellbewegung the camshaft.

Demnach geht die Erfindung aus von einer axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken tragende Nockenwelle, ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt der Nockenwelle über eine Längsverzahnung drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass die Längsverzahnung als Schrägverzahnung ausgebildet ist.Accordingly, the invention is based on an axially displaceably mounted in the housing of an internal combustion engine, at least one cam group with at least two different cam bearing camshaft, further comprising a rotationally coupled on an axial end portion of the camshaft via a spline, axially fixed mounted in the housing and with a crankshaft drive-connected drive pinion. To solve the problem is provided that the longitudinal teeth is formed as a helical toothing.

Eine variable Ventilsteuerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfolgt im Allgemeinen in zwei oder drei Stufen. Die erwähnten Nockengruppen umfassen dazu entweder zwei unterschiedliche Nocken, beispielsweise für einen großen Nockenhub und einen kleinen Nockenhub, oder drei unterschiedliche Nocken für einen großen Nockenhub, einen kleinen Nockenhub und eine Zylinderabschaltung, wobei ein kleiner Nockenhub für den mittleren und unteren Drehzahlbereich sowie ein großer Nockenhub für hohe Drehzahlen vorgesehen ist. Eine an diese unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepasste Phasenverstellung, mit der beispielsweise eine kleine zeitliche Ventilbetätigungsüberschneidung für den Leerlauf und eine große Ventilbetätigungsüberschneidung für den Teillastbetrieb eingestellt werden kann, ermöglicht eine weitere Optimierung des Motorwirkungsgrades. A variable valve timing referred to in the preamble of claim 1 is generally carried out in two or three stages. For this purpose, the cam groups mentioned comprise either two different cams, for example for a large cam lift and a small cam lift, or three different cams for a large cam lift, a small cam lift and a cylinder deactivation, with a small cam lift for the middle and lower rpm range as well as a large cam lift is intended for high speeds. A phase adjustment adapted to these different operating conditions, with which, for example, a small idle time valve actuation overlap and a large valve actuation overlap for the part-load operation can be adjusted, further optimizes engine efficiency.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in einfacher Weise, mit der Nockenumschaltung gleichzeitig eine daran angepasste Phasenverstellung durchzuführen. Bei einer axialen Verschiebung der Nockenwelle zum Zwecke der Nockenumschaltung wird über die Schrägverzahnung gleichzeitig die Nockenwelle gegenüber dem mit der Kurbelwelle antriebsverbundenen Antriebsritzel verdreht und damit eine Phasenverstellung gegenüber der Kurbelwelle bewirkt. Über die geometrische Ausgestaltung der Schrägverzahnung kann das Maß der Phasenverstellung beeinflusst und an die jeweilige, durch die ausgewählten Nocken bestimmte Betriebsbedingung angepasst werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich insbesondere daraus, dass ein gesonderter Antrieb für die Phasenverstellung entfallen kann, da diese durch den Antrieb für die Nockenumschaltung besorgt wird.The present invention makes it possible in a simple manner to simultaneously carry out a phase adjustment adapted thereto with the cam switching. During an axial displacement of the camshaft for the purpose of cam switching, the camshaft is simultaneously rotated via the helical toothing with respect to the drive pinion connected to the crankshaft and thus causes a phase adjustment relative to the crankshaft. The geometric configuration of the helical gearing can be used to influence the degree of phase adjustment and to adapt it to the particular operating condition determined by the selected cams. A particular advantage results in particular from the fact that a separate drive for the phase adjustment can be omitted, since this is concerned by the drive for the cam switching.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsritzel unverschiebbar und drehfest auf einer im Gehäuse axial fixierten Zwischenhülse angeordnet ist, und dass die Zwischenhülse über eine an ihrer radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung mit einer an der Außenseite des Endabschnittes der Nockenwelle ausgebildeten äußeren Schrägverzahnung zusammenwirkt. According to one embodiment of the invention it is provided that the drive pinion is arranged immovably and rotationally fixed on an axially fixed in the housing intermediate sleeve, and that the intermediate sleeve cooperates via a formed on its radially inner inner helical gear with a formed on the outer side of the end portion of the camshaft outer helical gearing ,

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Endabschnitt der Nockenwelle und der Zwischenhülse Rastmittel angeordnet, mittels derer die Nockenwelle in vorgegebenen, der Anzahl der Nocken einer zugeordneten Nockengruppe entsprechenden Längsstellungen verrastbar ist. According to a further embodiment of the invention locking means are arranged between the end portion of the camshaft and the intermediate sleeve, by means of which the camshaft in predetermined, the number of cams of an associated cam group corresponding longitudinal positions can be latched.

Gemäß einer besonders günstigen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenhülse über ein Drehlager, beispielsweise ein Wälzlager drehbar im Gehäuse des Motors gelagert ist, wie anhand eines Ausführungsbeispiels genauer dargestellt wird. According to a particularly advantageous structural embodiment of the invention, it is provided that the intermediate sleeve is rotatably mounted in the housing of the engine via a rotary bearing, for example a roller bearing, as is more accurately illustrated by means of an embodiment.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigtThe invention can be further explained with reference to an embodiment. For this purpose, the description is accompanied by a drawing. In this shows

1 in einer perspektivischen Ansicht eine Nockenwelle mit zwei darauf fest angeordnete Nockengruppen sowie mit einem über eine Schrägverzahnung auf der Nockenwelle angeordneten Antriebsritzel, und 1 in a perspective view of a camshaft with two fixedly arranged cam groups and with a via a helical toothing on the camshaft arranged drive pinion, and

2 eine Schnittansicht der Nockenwelle gemäß 1. 2 a sectional view of the camshaft according to 1 ,

Die in 1 dargestellte Nockenwelle 2 trägt eine erste Nockengruppe 4 mit einem Kleinhubnocken 6 und einem Großhubnocken 8 zur Steuerung eines ersten, nicht dargestellten Ventils, sowie eine zweite Nockengruppe 10 mit einem Kleinhubnocken 12 und einem Großhubnocken 14 zur Steuerung eines zweiten, nicht dargestellten Ventils. Zwischen den beiden Nockengruppen 4, 10 ist ein Nutstück 16 mit einer Steuernut 18 angeordnet, in die ein nicht dargestellter Aktorstift eines Aktors eingreift, um die Nockenwelle 2 bei deren Drehen zwischen zwei Endstellungen zu verschieben, bei denen jeweils entweder die Kleinhubnocken 6, 12 oder die Großhubnocken 8, 14 in Wirkeingriff mit den zugeordneten Ventilen sind. In the 1 illustrated camshaft 2 carries a first cam group 4 with a small lift cam 6 and a big-stroke cam 8th for controlling a first, not shown valve, and a second cam group 10 with a small lift cam 12 and a big-stroke cam 14 for controlling a second, not shown valve. Between the two cam groups 4 . 10 is a groove piece 16 with a control groove 18 arranged, in which an unillustrated actuator pin of an actuator engages the camshaft 2 to move between two end positions when turning them, in which either the small stroke cams 6 . 12 or the high-lift cams 8th . 14 in operative engagement with the associated valves.

An dem in der 1 linken axialen Endabschnitt 20 der Nockenwelle 2 ist eine als Schrägverzahnung ausgebildete Längsverzahnung 22 vorhanden, auf der ein Antriebsritzel 24 angeordnet ist. Das Antriebsritzel 24 ist auf eine anhand der 2 näher beschriebenen Art in einem Gehäuse des Motors axial fixiert, so dass es bei einer axialen Bewegung der Nockenwelle 2 dieser gegenüber gedreht wird. Auf diese Weise wird die Winkelstellung der Nockenwelle 2 gegenüber dem Antriebsritzel 24 und damit gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verstellt, also eine Phasenverstellung durchgeführt. At the in the 1 left axial end portion 20 the camshaft 2 is formed as a helical spline longitudinal teeth 22 present, on which a drive pinion 24 is arranged. The drive pinion 24 is based on one 2 described in more detail axially fixed in a housing of the engine, so that it during an axial movement of the camshaft 2 this is turned opposite. In this way, the angular position of the camshaft 2 opposite the drive pinion 24 and thus adjusted relative to the crankshaft of the internal combustion engine, so carried out a phase adjustment.

2 zeigt die Nockenwelle 2 gemäß der 1 in einem Längsschnitt. Man erkennt die Kleinhubnocken 6, 12, die Großhubnocken 8, 14 sowie das Nutstück 16 mit der dort ausgebildeten Steuernut 18. 2 shows the camshaft 2 according to the 1 in a longitudinal section. You can see the small stroke cams 6 . 12 , the big-stroke cams 8th . 14 as well as the Nutstück 16 with the control groove formed there 18 ,

Das Antriebsritzel 24 ist drehfest und axial feststehend auf einer Zwischenhülse 26 angeordnet, die ihrerseits über eine an deren radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung 28 mit der an der radialen Außenseite des Endabschnittes 20 der Nockenwelle 2 ausgebildeten äußeren, als Schrägverzahnung ausgebildeten Längsverzahnung 22 zusammenwirkt.The drive pinion 24 is rotationally fixed and axially fixed on an intermediate sleeve 26 arranged, in turn, via an inner helical toothing formed on the radial inner side thereof 28 with the at the radial outside of the end portion 20 the camshaft 2 formed outer, formed as a helical toothing spline 22 interacts.

Das Antriebsritzel 24 und der über einen Zwischenring 28 zu diesem beabstandete Innenring 30 eines Kugellagers 37 sind mittels Schraubbuchsen 32, 34 mit der Zwischenhülse 26 verspannt und somit axial und in Drehrichtung auf der Zwischenhülse 26 fixiert. Der Außenring 36 des Kugellagers sitzt im nicht dargestellten Gehäuse des Motors. Das Kugellager 36 bildet somit ein Drehlager für die gezeigte Nockenwellenanordnung.The drive pinion 24 and the over an intermediate ring 28 to this spaced inner ring 30 a ball bearing 37 are by means of screw bushes 32 . 34 with the intermediate sleeve 26 clamped and thus axially and in the direction of rotation on the intermediate sleeve 26 fixed. The outer ring 36 the ball bearing sits in the housing, not shown, of the engine. The ball bearing 36 thus forms a pivot bearing for the camshaft assembly shown.

In dem hohl ausgebildeten axialen Endabschnitt 20 der Nockenwelle 2 sind mehrere Radialbohrungen ausgebildet, die Rastkugeln 38 aufnehmen. Diese werden durch einen axial federbelasteten Keil 40 radial nach außen in an der Innenseite der Zwischenhülse 26 ausgebildete, axial beabstandete Rastnuten 42, 44 gedrückt, mittels denen die Nockenwelle 2 in ihren beiden definierten Steuerstellungen verrastbar ist. In the hollow-shaped axial end portion 20 the camshaft 2 are formed a plurality of radial bores, the locking balls 38 take up. These are provided by an axially spring-loaded wedge 40 radially outward in on the inside of the intermediate sleeve 26 trained, axially spaced locking grooves 42 . 44 pressed, by means of which the camshaft 2 locked in their two defined control positions.

Die in der Zeichnung dargestellte Nockenwelle 2 findet beispielsweise Anwendung in einem Einzylinder/Vierventil-Basismotor mit Schwinghebelbetätigung der Ventile, hier für die Einlassventile. Die Lösung ist generell auf andere Motorbauformen übertragbar, ebenso ist eine auslassseitige Anwendung derselben möglich.The camshaft shown in the drawing 2 is used, for example, in a single-cylinder / four-valve basic engine with rocker arm actuation of the valves, here for the intake valves. The solution is generally transferable to other engine designs, as is an outlet-side application of the same possible.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Nockenwelle camshaft
44
Nockengruppe cam group
66
Kleinhubnocken Kleinhubnocken
88th
Großhubnocken Großhubnocken
1010
Nockengruppe cam group
1212
Kleinhubnocken Kleinhubnocken
1414
Großhubnocken Großhubnocken
1616
Nutstück groove piece
1818
Steuernut im Nutstück Control groove in the Nutstück
2020
Endabschnitt der Nockenwelle End section of the camshaft
2222
Längsverzahnung an der Nockenwelle, als Schrägverzahnung ausgebildet Longitudinal toothing on the camshaft, designed as helical toothing
2424
Antriebsritzel pinion
2626
Zwischenhülse intermediate sleeve
2828
Schrägverzahnung an der Zwischenhülse Helical toothing on the intermediate sleeve
3030
Innenring inner ring
3232
Erste Schraubbuchse First screw bush
3434
Zweite Schraubbuchse Second screw socket
3636
Außenring outer ring
3737
Wälzlager, Drehlager Rolling bearings, swivel bearings
3838
Rastkugeln detent balls
4040
Keil wedge
4242
Erste Rastnut First detent groove
4444
Zweite Rastnut Second locking groove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • https//de.wikipedia.org/wiki/Nockenwellenverstellung#VANOS [0005] https // de.wikipedia.org / wiki / Camshaft adjustment # VANOS [0005]

Claims (4)

Axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe (4, 10) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken (6, 8; 12, 14) tragende Nockenwelle (2), ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) über eine Längsverzahnung (22) drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverzahnung (22) als Schrägverzahnung ausgebildet ist.Axially displaceable in the housing of an internal combustion engine mounted, at least one cam group ( 4 . 10 ) with at least two different cams ( 6 . 8th ; 12 . 14 ) supporting camshaft ( 2 ), further comprising an on an axial end portion ( 20 ) of the camshaft ( 2 ) via a spline ( 22 ) rotationally coupled, axially fixedly mounted in the housing and drivingly connected to a crankshaft drive pinion ( 24 ), characterized in that the longitudinal toothing ( 22 ) is designed as a helical toothing. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (24) unverschiebbar und drehfest auf einer im Gehäuse axial fixierten Zwischenhülse (26) angeordnet ist, und dass die Zwischenhülse (26) über eine an ihrer radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung (28) mit einer an der Außenseite des Endabschnittes (20) der Nockenwelle (2) ausgebildeten äußeren Schrägverzahnung (22) zusammenwirkt. Camshaft according to claim 1, characterized in that the drive pinion ( 24 ) immovably and rotationally fixed on an axially fixed in the housing intermediate sleeve ( 26 ), and that the intermediate sleeve ( 26 ) via an inner helical toothing formed on its radially inner side ( 28 ) with a on the outside of the end portion ( 20 ) of the camshaft ( 2 ) formed outer helical gearing ( 22 ) cooperates. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) und der Zwischenhülse (26) Rastmittel vorgesehen sind, mittels derer die Nockenwelle (2) in vorgegebenen Längsstellungen verrastbar ist.Camshaft according to claim 2, characterized in that between the end portion ( 20 ) of the camshaft ( 2 ) and the intermediate sleeve ( 26 ) Locking means are provided by means of which the camshaft ( 2 ) Can be locked in predetermined longitudinal positions. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhülse (26) über ein Drehlager (37) drehbar im Gehäuse des Motors gelagert ist.Camshaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the intermediate sleeve ( 26 ) via a pivot bearing ( 37 ) is rotatably mounted in the housing of the engine.
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