DE3602477A1 - Nockenwellenlagerung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwellenlagerung,
d.h. auf die Ausbildung einer Lagerung, die die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine abstützt.
In einer Brennkraftmaschine wird ein Ansaug- oder ein Auslaßventil durch einen zusammen mit einer Nockenwelle
umlaufenden Nocken geöffnet bzw. geschlossen. Die Nockenwelle wird üblicherweise von einer Lagerung drehbar abgestützt,
die einerseits ein Teil des Zylinderkopfes und andererseits ein Teil des Nockenwellen-Lagerdeckels umfaßt,
wobei die Drehung der Nockenwelle mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine gekoppelt ist. Die Nockenwellenlagerung
wird häufig durch Umlauföl geschmiert, das durch einen in der Nockenwelle ausgebildeten ölkanal zugeführt
wird, von dem sich Bohrungen zur unter der Lagerung befindlichen Umfangsflache der Nockenwelle erstrecken. Von
einer Ölwanne zugepumptes öl wird der Lagerung über den
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Ölkanal in der Nockenwelle und eine zugeordnete Bohrung zugeführt.
Wenn das Öl jedoch heiß wird und insofern eine niedrige Viskosität hat, dann ist das Öl besonders dünn und fließt
leicht an der Nockenwellenlagerung um, so daß die Dicke
des Ölfilms am Berührungsbereich der Nockenwellenumfangsfläche
mit der Innenfläche der Nockenwellenlagerung nahezu zu Null wird. Falls darüber hinaus die Maschine
mit niedrigen Drehzahlen läuft, z.B. weniger als 100 U/min, dann läuft auch die von der Kurbelwelle angetriebene Ölpumpe
langsam, weshalb der von dieser erzeugte Öldruck sehr niedrig ist. Deshalb ist, wenn die Maschine bei heißem
und insofern eine niedrige Viskosität aufweisenden Öl mit niedrigen Drehzahlen läuft, die Ölzufuhr zur Nokkenwellenlagerung
oftmals unzureichend. Ist jedoch die Schmierung der Nockenwellenlagerung nicht ausreichend,
dann bestehen die Neigung und Möglichkeit dazu, daß die Nockenwelle an ihrer Lagerung kurzzeitig festläuft oder
blockiert und ein Geräusch hervorruft. Dieses Blockieren (Festfressen) tritt vor allem an einer Stelle auf, an der
eine Ventilfeder eine Kraft auf die Nockenwellenlagerung aufbringt, wenn der Nocken einem Druck durch die Ventilfeder
in Richtung deren Federkraft ausgesetzt wird.
Als ein Beispiel für eine Lagerkonstruktion, wobei eine Welle in einer zu ihrer Achse senkrechten Richtung einem
Druck ausgesetzt wird, eine Verbesseurng mit dem Ziel herbeizuführen, um eine geeignete ölmenge zu bewahren
und eine ausreichende Schmierung eines Lagers zu erhalten, offenbart die JP-GM-Schrift Nr. 57-141 228 eine verbesserte
Ausbildung für das kleine Ende einer Verbindungsstange, jedoch wird hier kein Beispiel einer Nockenwellenlagerung
gegeben, die konstruktiv zum Zweck einer ausrei-
chenden Schmierung auch unter harten Maschinenbetriebszuständen verbessert ist.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Nockenwellenlagerung
zu schaffen, die eine ausreichende Schmierung an der Lagerstelle auch im Fall eines niedrigen Öldrucks
gewährleistet und damit ein kurzzeitiges Festlaufen an der Nockenwellenlagerung sowie die Erzeugung eines damit
verbundenen Geräuschs verhindert.
Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Nockenwellenlagerung
erfüllt diese Aufgabe und stützt eine mit einem Nokken, der ein Ventil entgegen einer Ventilfederkraft niederdrücken
kann, ausgestattete Nockenwelle drehbar ab. Die erfindungsgemäße Nockenwellen lagerung schließt einen
Teil des Zylinderkopfes und einen Teil des Nockenwellen-Lagerdeckels
ein. In der einen inneren Kanal aufweisenden Nockenwelle ist eine Bohrung ausgebildet, die diesen
Kanal mit einer an der Innenfläche der Nockenwellenlagerung ausgestalteten ölnut verbindet. Diese Ölnut ist an
der Innenfläche der Nockenwellenlagerung an einer solchen Stelle ausgestaltet, an der die Kraft der Ventilfeder einwirkt,
und die ölnut hat eine solche Ausbildung, daß sie das über die Bohrung zugeführte öl zurückhält.
Das der Nockenwellenlagerung über den .Ölkanal in der Nokkenwelle
und die Bohrung zugeführte öl schmiert den von der Lagerung abgestützten Bereich der Nockenwelle und auch
die Innenfläche der Nockenwellenlagerung. Ferner wird in
der ölnut die passende und ausreichende Menge an öl zurückgehalten.
Selbst wenn das Öl auf eine hohe Temperatur erhitzt ist, dessen Viskosität vermindert und die Maschinendrehzahl
sehr niedrig ist, so daß ein niedriger Öldruck vorliegt, so kann das in der ölnut gehaltene Öl die Innen-
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fläche der Nockenwellenlagerung und die Außenfläche der
Nockenwelle schmieren. Insofern kann die Nockenwellenlagerung in einem gut geschmierten Zustand gehalten werden,
so daß ein Festlaufen der Welle und eine Geräuscherzeugung unterbunden werden. Weil ferner die ölnut an einer Stelle
angeordnet ist, an der die Kraft der Ventilfeder zur Einwirkung kommt, d.h. an einer Stelle, die im Hinblick auf
die Drehung unter Reibung den härtesten Bedingungen ausgesetzt ist, kann auch ein kurzzeitiges Festlaufen wirksam
verhindert werden.
Die Aufgabe und die Lösung sowie weitere Ziele wie auch die Merkmale und die Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen von Nockenwellenlagerungen
deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 teils eine Ansicht, teils einen Querschnitt des
oberen Bereichs einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwellenlagerung in einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform;
Fig.2 einen Teilschnitt zu Fig. 1 mit Darstellung einer
Ölnut und einer Bohrung;
Fig.3 eine Seitenansicht eines Nockenwellen-Lagerdeckels
bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig.4 eine Unteransicht des Lagerdeckels von Fig.3 mit
einer in einer ersten Weise ausgebildeten ölnut;
Fig.5 eine weitere Unteransicht eines Lagerdeckels mit einer in
einer zweiten Weise ausgebildeten ölnut;
Fig.6 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung einer
Nockenwellenlagerung in einer zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsform;
Fig.7 eine Seitenansicht eines Nockenwellen-Lagerdeckels
bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig.8 die Unteransicht des Lagerdeckels von Fig.7;
Fig.9 eine zu Fig.1 bzw. 6 gleichartige Darstellung einer
Nockenwellenlagerung in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
In Fig. 1 ist der obere Teil einer obengesteuerten Brennkraftmaschine
gezeigt. An der Oberseite des Zylinderkopfes 1 ist eine nach oben offene, halbkreisförmige Vertiefung
ausgebildet, die ein zylinderkopfseitiges Lager 2a bildet, von denen mehrere an über die Länge der Brennkraftmaschine
verteilten Stellen vorhanden sind. Ein Nockenwellen-Lagerdeckel 3 übergreift das zylinderkopfseitige
Lager 2a und ist am Zylinderkopf 1 durch Lagerdeckelschrauben 4 befestigt. Im Lagerdeckel 3 ist eine nach unten offene,
halbkreisförmige Vertiefung als lagerdeckelseitiges Lager 2b ausgebildet. Das zylinderkopf- sowie lagerdeckelseitige
Lager 2a und 2b bilden zusammen ein Nockenwellen-Gleitlager 2 mit kreisförmiger Innenfläche.
Dieses Gleitlager 2 stützteine Nockenwelle 5, die zu ihrer Drehung mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, drehbar ab.
Mit der Nockenwelle 5 ist ein Nocken 6 einstückig ausgebildet, wobei die Nockenwelle 5, wie Fig. 2 zeigt, vom
Gleitlager 2 an einer geeigneten, zum Nocken 6 aber verschobenen Stelle gelagert wird.
Der Nocken 6 besteht aus einem Grundkreisteil 6a und einem von diesem in radialer Richtung der Nockenwelle 5 vorstehenden
Nockenbuckel oder Nockenkurventeil 6b. Bei Drehung des Nockens 6 zusammen mit der Nockenwelle 5 drückt
der Nockenbuckel 6b ein Ventil 7 (Ein- oder Auslaßventil)
der Maschine nach unten, so daß ein Ansaugen oder Ausstoßen ermöglicht wird. Das Ventil 7 ist durch eine Ventilfeder
8 einem Aufwärtsdruck ausgesetzt; der Nocken 6 kommt
mit einem zwischen dem Ventilteller und dem Nocken angeordneten Ventilstößel 9 zur Gleitanlage. Wenn das Ventil
7 vom Nockenbuckel 6b nicht niedergedrückt ist, so wird die Ansaug- oder Auspufföffnung vom Ventil 7 verschlossen.
Bei Niederdrücken des Ventils 7 durch den Nockenbukkel 6b gegen die Kraft der Ventilfeder 8 werden der Nocken
6 und die Nockenwelle 5 in einer Richtung belastet, in der eine feaktionskraft zur Ventilfederkraft wirkt, und die belastende Kraft
wird vom Nockenwellen-Gleitlager 2 aufgenommen. Diese belastende
Druckkraft wirkt auf den Nockenwellen-Lagerdekkel 2b des Nockenwellen-Gleitlagers 2, d.h. der Nockenwel
lenlagerung.
Im Gleitlager 2, genauer gesagt an der Innenfläche des lagerdeckelseitigen Lagers 2bs ist, wie die Fig. 2-5
zeigen, an einer Stelle, an der die Kraft der Ventilfeder zur Wirkung kommt, eine ölnut 10 ausgebildet, deren beide
Enden kurz vor den in axialer Richtung liegenden Kanten des Gleitlagers 2 abgeschlossen sind, so daß in der ölnut
10 befindliches öl dort festgehalten wird und in der Achsrichtung der Nockenwellenlagerung 2 weder an der einen,
noch an der anderen Kante austreten kann. Wie die Fig.4 zeigt, besteht die Ölnut 10 aus zwei X-förmig angeordneten,
sich kreuzenden und mit Bezug zur Achse der Nockenwelle 5 schräg liegenden Teilnuten 10a sowie 10b. Jedoch
kann die ölnut 10 auch, wie Fig. 5 zeigt, nur aus einer einzigen Nut 10c gebildet sein, die zur Achsrichtung der
Nockenwelle 5 schräg angeordnet ist.
Die Nockenwelle 5 ist hohl, wobei ihre beiden Enden beispielsweise
durch Stopfen verschlossen sind, so daß ein Ölkanal 11 gebildet wird, dem von einer von der Kurbelwelle
angetriebenen Ölpumpe aus einer Ölwanne Öl unter Druck
zugeführt wird. Für jedes Gleitlager 2 erstreckt sich
zwischen dem ölkanal 11 und der Innenfläche der Lagerung
2 eine Bohrung 12 in radialer Richtung der Kurbelwelle
5, so daß ein Anteil des dem Ölkanal 11 zugepumpten Öls
durch die Bohrung 12 zur Kurbelwellenlagerung 2 geführt
wird.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die
Kurbelwellenlagerung 2 auf die folgende Weise geschmiert. Das durch die Ölpumpe hochgepumpte und unter Druck gesetzte
öl erreicht durch einen Hauptölkanal im Zylinderblock
den Zylinderkopf und tritt über die Nockenwellenlager an
beiden Stirnseiten der Maschine in den ölkanal 11 der Nockenwelle
5 ein, worauf ein Anteil des dem kanal 11 zugeführten Öls durch die Bohrung 12 zur Nockenwellenlagerung 2 gefördert
wird. Dieses öl schmiert die Gleitfläche zwischen der Nokkenwelle 5 und dem Gleitlager 2 und füllt zugleich die
ölnut 10, in der auf Grund ihrer besonderen Ausgestaltung eine angemessene ölmenge zurückgehalten werden kann. Bei
niedrigen Drehzahlen der Maschine läuft auch die ölpumpe langsam, weshalb deren Förderdruck also niedrig ist. Somit
geht die der Kurbelwellenlagerung zugeführte Ölmenge zurück.
Wenn die Öltemperatur hoch wird, so nimmt die ölviskosität
ab, so daß dadurch die Dicke des Ölfilms an der Berührungsfläche des Außenumfangs der Nockenwelle 5
mit der Innenfläche des Gleitlagers 2 nahezu auf Null zurückgeht. Bei niedriger Maschinendrehzahl und hoher Temperatur
sinkt die Schmierwirkung des von der ölpumpe der Nockenwellenlagerung 2 zugeführten Öls in hohem Maß ab.
Jedoch wird nun eine ausreichende Ölmenge zur Schmierung
des Nockenwellen-Gleitlagers 2 in der Ölnut 10 zurückgehalten,
so daß dieses Lager 2 in einem gut geschmierten Zustand gehalten wird. Da die Ölnut 10 an der Stelle angeordnet
ist, an der die Kraft der Ventilfeder 8 zur Wir-
kung kommt, wird diese Stelle bevorzugt geschmiert, denn das ist der Teil der Nockenwellenlagerung 2 der ansonsten,
wenn die Ölzufuhr unzureichend ist, höchstwahrscheinlich
nicht zu schmieren ist und ein kurzzeitiges Festlaufen hervorruft. Das Vorhandensein der ölnut 10, die eine Ölzufuhr
für die Schmierung gewährleistet, kann zuverlässig das Festlaufen oder Fressen verhindern.
Da somit dem Gleitlager 2 der zur Schmierung notwendige Ölvorrat und dem der stärksten Reibungsanlage ausgesetzten
Flächenbereich eine große ölmenge zugeführt werden, kann die Nockenwellenlagerung 2 selbst dann in einem gut geschmierten
Zustand gehalten werden, wenn die Ölzufuhr aus dem Kanal 11 aus irgendwelchen Gründen unzureichend sein
sollte.
Die Fig. 6-8 zeigen eine weitere Ausführungsform gemäß
der Erfindung, wobei die ölnuten 30 zur ersten Ausführungsform unterschiedlich ausgebildet ist. Die übrigen Teile,
die in den Fig. 6-8 gezeigt sind, d.h. der Zylinderkopf 21, die Nockenwellenlagerung 22, 22a und 22b, der Nockenwellen-Lagerdeckel
23, die Lagerdeckelschrauben 24, die Nockenwelle 25, der Nocken 26, 26a und 26b, das Ventil
27, die Ventilfeder 28, der Ventilstößel 29, der ölkanal 31 und die Bohrung 32, entsprechen im wesentlichen den
gleichen Teilen der ersten Ausführungsform.
Die im lagerdeckelseitigen Lager 32b ausgebildete Ölnut
30 besteht aus zwei Teilnuten 30a und 30b, die parallel zur Achse der Nockenwelle 25 bzw. deren Gleitlager 22 an
den Stellen verlaufen, an denen die Kraft der Ventilfeder 28 auf das lagerdeckelseitige Lager 22b einwirkt. Die Ölnut
30 bzw. deren Teilnuten 30a, 30b sind zur Innenseite des Gleitlagers 22 hin offen.
Auch bei dieser Ausführungsform schmiert das der Nockenwellenlagerung
22 durch den ölkanal 31 sowie die Bohrung 32 der Nockenwelle 25 zugeführte Öl diese Lagerung 22, wobei
ein Anteil des Öls in der ölnut 30 zurückgehalten wird.
Somit kann die Nockenwellenlagerung 22 auch dann gut geschmiert
werden, wenn die Maschine mit sehr geringer Drehzahl dreht, die Viskosität des Öls auf Grund hoher
Temperatur herabgesetzt ist und die Menge an zugeführtem Öl abgenommen hat.
Da sich in diesem Fall die Teilnuten 30a und 30b parallel zur Achse der Nockenwellenlagerung 22 erstrecken, d.h.,
in einer zur Drehrichtung der Nockenwelle 25 rechtwinkligen Richtung verlaufen, bewegt sich das öl an der Nockenwellenlagerung
22 in Übereinstimmung mit der Drehung der Nockenwelle 25 in einer Richtung, in der es in den Teilnuten
gesammelt wird, während das diese Nuten anfüllende öl nach und nach zu den außerhalb der Teilnuten liegenden
Flächen hin fließt, und das hat zum Ergebnis, daß der Bereich, an dem die Kraft der Ventilfeder 28 zur Wirkung
kommt, besonders gut geschmiert und die Nockenwellenlagerung
22 als Ganzes gut geschmiert wird.
Die Zahl der Teilnuten 30a, 30b beträgt im dargestellten
Fall zwei, jedoch kann deren Anzahl beliebig gewählt werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 9 sind mehrere Bohrungen 40a, 40b vorgesehen. Es wird bevorzugt und ist erwünscht,
daß für jede Nockenwellenlagerung wenigstens eine Bohrung vorhanden ist, und es kann, wie gezeigt ist, eine Mehrzahl
von Bohrungen 40a, 40b vorgesehen werden, so daß eine reichliche Ölmenge aus dem ölkanal 42 der Nockenwelle 41
dem Nockenwellenlager 43 zugeführt wird. Mit einer solchen
Anordnung wird die der ölnut zugeführte Ölmenge erhöht,
so daß deshalb, selbst wenn die Ölviskosität auf Grund hoher Temperatur abgenommen hat und der Förderdruck für
das Öl wegen niedriger Drehzahlen der Maschine kleiner geworden ist, immer eine ausreichende Ölmenge in der Ölnut
44 zurückgehalten wird und eine gute Schmierung des Nockenwellenlagers 43 gewährleistet ist.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen wörtlich und zeichnerisch erläutert
wurde, so ist sie hierauf keineswegs begrenzt. Vielmehr werden dem Fachmann bei Kenntnis der mit der Erfindung
vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt sein, die aber als in den Rahmen der Erfindung fallend
anzusehen sind,
- Leerseite -
Claims (10)
- PatentansprücheM J Nockenwellenlagerung mit einem Lagerflächen bestimmen· den Gleitlager, an dem eine Nockenwelle mit einem ölkanal sowie wenigstens einer, von dem ölkanal zur Außenoberfläche der Nockenwelle führenden Bohrung und mit wenigstens einem an der Nockenwelle angebrachten sowie einen Druck auf ein Ventil entgegen der Kraft einer Ventilfeder bei Drehen der Nockenwelle ausübenden Nocken drehend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (2, 22, 43) in seiner Lagerfläche mit einer Ölnut (10, 30, 44) an einer Stelle, an der die Kraft der Ventilfeder (8, 28) zur Einwirkung komt, ausgestattet ist und die Bohrung (12, 32, 40a, 40b) an der dem Gleitlager (2, 22, 43) zugewandten Fläche austritt.
- 2. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölnut (10, 30, 44) kurz vor einer Seitenkante des Gleitlagers (2, 22, 44) endet.
- 3. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lagerfläche des Gleitlagers (2, 22) mehrere, die Ölnut (10, 3o) bildende Teilnuten (10a, 10b, 30a, 30b) ausgestaltet sind.
- 4. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölnut (10) von zwei sich kreuzenden Teilnuten (10a, 10b) gebildet ist.
- 5. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölnut (10) aus einer einzigen Nut (10c), die unter einer Neigung zur Achse der Nokkenwelle (5) verläuft, besteht.
- 6. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölnut (30) von mehreren, parallel zur Achse der Nockenwelle (25) verlaufenden Teilnuten (30a, 30b) gebildet ist.
- 7. Nockenwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (2, 22, 43) ein zylinderkopfseitiges Lager (2a, 22a) sowie ein vom Lagerdeckel (3, 23) der Nockenwelle (5, 25, 41) gebildetes Lager (2b, 22b) umfaßt und die Ölnut (10, 30, 44) in einer Fläche des Lagerdeckels (3, 23) ausgebildet i st.
- 8. Nockenwellenlagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ölnut (10, 30, 44) kurz vor den Seitenkanten des Nockenwellen-Lagerdeckels (3, 23) endet.
- 9. Nockenwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleitlager (2, 22)
lediglich eine Bohrung (12, 32) zugeordnet ist. - 10. Nockenwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleitlager (43) mehrere Bohrungen (40a, 40b) zugeordnet sind.
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