SE538122C2 - Kamaxel med demonterbart lagerläge - Google Patents

Abstract

538 122 Sammanfattning Uppfinningen avser en kamaxel till en mindre forbranningsmotor, far exempelvis bil eller motorcykel, den karakteriseras av att den är delbar i tva eller flera delar, foretradesvis är det lagerlagena (3) pa kamaxeln som är enskilda detaljer. Med en kamaxel i ett stycke kan inte kamaxelnockarna (4) ha storre radie an lagerlagena (3) cla kamaxeln maste kunna fOras igenom kamaxelns lager (2) i motorn. Kamaxelns lagerlage (3) begransar cla kamaxelnockarnas (4) utformning och hojd. Genom att konstruera kamaxeln delbar i separata komponenter som sammanfogas samtidigt eller efter att kamaxeln monterats i motorn, kan axeln monteras radiellt forskjuten genom kamaxelns lager (2). Det gar det mOjligt att konstruera kamaxelnockarna (4) starre an vad som annars ar mbjligt att montera genom en given dimension pa kamaxelns lager (2). Uppfinningen avser konstruktioner dar sammanfogningen av kamaxel komponenterna gOrs med ett forband i axelns axiala centrum far att minimera de yttre dimensionerna av kamaxeln. Det har är viktigt framforallt cla mindre delbara kamaxlar ska sammanfogas, utformningen far stor betydelse for att inte sammanfogningsdetaljerna ska begransa de fordelar man vill uppna.

Description

538 122 Kamaxel med demonterbart lagerlage Tekniskt omrSde Uppfinningen avser en kamaxel enligt figur 1 till en forbranningsmotor med en kamaxelkonstruktion som kraver att kamaxeln monteras axiellt genom kamaxelns lager (2) i motorn.

Uppfinningens bakgrund Ett vanligt satt att konstruera inbyggnaden av kamaxlar i forbranningsmotorer Jr att kamaxeln lagras i fasta kamaxellager (2), antingen i motorblocket eller i cylindertopplocket. Nar kamaxeln monteras fors den da in genom kamaxelns lager (2), vilka har samma innerdiameter som ytterdiametern p5 kamaxelns lagerlage (3). Det har är framforallt en vanlig inbyggnad p5 motorer som anvander ventilsystem av stotst5ngs-typ men forekommer aven i andra ventilsystem, till exempel i sidventilsmotorer.

I en konstruktion enligt ovan blir det begransningar i hur kamaxelnockarna (4) p5 kamaxeln kan utformas cla de sitter nara lagerlaget (3). Kamaxelnockens (4) storsta radie kan inte till5tas vara storre an lagerlagets (3) radie, eftersom det d5 skulle bli ornajligt att fora kamaxeln genom kamaxellagret (2).

Genom att konstruera kamaxeln med lagerlagen (3) som lOsa detaljer som monteras p5 kamaxeln samtidigt eller efter att kamaxeln monteras p5 sin plats i motorn, gar det att radiellt fOrskjuta kamaxeln vid montering, vilket gar det mojligt att konstruera kamaxelnockar (4) med stOrre radie an lagerlagets (3).

Det finns tidigare exempel p5 delbara kamaxelkonstruktioner. I DE 2706021 Al Sterfinns kamaxelkonstruktioner avsedda for stora motorer dar det av monterings och hanterings skal finns anledning att kunna demontera kamaxeln i flera delar. For att kunna applicera denna typ av konstruktion p5 mindre motorer, med motsvarande mindre kamaxlar, kravs nya lOsningar fOr sammanfogning av delarna. I annat fall kommer dessa detaljer att begransa konstruktionens tidigare beskrivna fOrdelar kraftigt.

I US 2552724A är ytterligare en delbar kamaxelkonstruktion beskriven. I den konstruktionen begransas dock kamaxelnockarnas radie fortfarande av kamaxelns lagerlage. Dorf& loser inte den konstruktionen de problem som avses i detta patent.

Vid konstruktion av en helt fly motor dar malet är enkelhet till lag kostnad är en konstruktion med fasta kamaxellager (2) mycket attraktiv. Dimensionen p5 kamaxelns lager (2) anpassas vid konstruktion efter tilltankt utformning av kamaxelnockarna(4). I detta fall yore sannolikt en konstruktion med demonterbart lagerlage (3) kontraproduktiv eftersom det komplicerar konstruktionen och gar den alit annat an enkel. Om storre kamaxelnock(4) är onskvard skulle konstruktoren i stallet Ora kamaxellagret (2) stOrre eller valja en konstruktion med lOsa lageroverfall som gar att kamaxeln inte behover monteras genom ett fast lager och darmed lOsa problemet. 1 538 122 Denna uppfinning lampar sig dad& bast fOr konstruktioner dar kamaxelnockens radie behover okas pa en redan befintlig konstruktion vanligtvis drivet av onskad fOrbattrad motor prestanda. En yrkesman som stater pa detta problem idag loser det genom att modifiera motorn genom att Oka diametern pa kamaxelns lager (2) i motorn samt Oka diametern pa kamaxelns lagerlage(3) i motsvarande grad. Denna losning begransas av tillgangligt utrymme i den befintliga konstruktionen och komplicerar andra kvaliteter hos motorn. En annan losning är att forse kamaxellagret (2) med ett uttag dar nockens(4) spets kan passera vid montering. Aven denna konstruktion har negativ paverkan pa motorns Ovriga egenskaper.

Detta är konstruktioner som endast tinker en mycket begransad okning av kamaxelnocken (4), dessutom kraver de fbrandringar pa kamaxellager och andra detaljer.

Uppfinningen skiljer sig fran beskrivna konstruktioner med delade kamaxlar sa till vida att den kraver sammansattning i samband med att den monteras pa plats i motorn. Redan pa konstruktionsstadiet maste konstruktOren ta I.insyn till i vilken ordning delarna skall sattas samman for att fullt ut dra nytta av uppfinningen. Huvudsyftet med tidigare beskrivna konstruktioner har varit att dela en kamaxel i mindre delar for att Ora delarna hanterbara och underlatta vid tillverkning och cla kamaxeln ska monteras i motorn.

Huvudsyftet med denna uppfinning är att majliggora kamaxelnockar (4) med storre radie an kamaxeln lagerlage (3). I syfte att uppria detta mal pa basta satt krvs det att konstruktionens detaljer skiljer sig at fran redan tillgangliga losningar.

Uppfinningens syfte Syftet med uppfinningen är att Ora det mojligt att montera en kamaxel med kamaxelnockar (4) vars storsta radie är storre an lagerlagets (3) radie, genom kamaxelns fasta lager (2) i motorn. Det har uppnas genom att kamaxeln forses med demonterbara lagerlagen (3) och/eller giirs delbar och monteras ihop forst nar den monteras i motorn.

Detta majliggiir stOrre kamaxelnockar (4) an vad som normalt skulle vara mojligt for en given motormodell med kamaxeln tillverkad i ett stycke. 2 538 122 Beskrivning av ritningar Figur 1 visar en schematisk ritning av en del av en kamaxel (1) med tv5 lagerlagen (3) och tva kamaxelnockar (4), monterade i tva fasta kamaxellager (2) samt med tryckare (5) som ligger an mot kamaxelnockarna (4) Figur 2 Visar en kamaxelnock (4), ett lagerlage (3) pa kamaxeln (1) och det geometriska sambandet som gör att kamaxelnocken (4) inte kan ha stiirre radie an lagerlaget (3) cla den ska monteras genom motorns fasta kamaxellager (2).

Figur 3 Visar tva kamaxelnockar (4) med olika radie pa bascirkeln, men med samma lyfthOjd Figur 4 Visar schematiskt hur stor kamaxelnock (4) som kan foras genom ett givet kamaxellager, dels cla kamaxelnockens bascirkel är i centrum av lagerlaget, jamfort med om det gar att forskjuta kamaxelnockens bascirkel fran lagerlagets centrum Figur visar en kamaxel tillverkad i ett stycke, eller sammansatt av flera delar dar sammansattningen gars permanent vid tillverkningen.

Figur 6 visar en kamaxel med 3 Iiistagbara lagerlagen, de 2 yttre lagerlagena (3) Jr konstruerade som hylsor, medan det mellersta(6) är radiellt delat i tva delar.

Figur 7 visar en kamaxel med 3 lostagbara lagerlagen, alla 3 konstruerade som hylsor. Kamaxeln är delad p5 mitten i syfte att mojliggora montering.

Figur 8 a-e visar monteringsforfarandet for en kamaxel bestaende av 2 lostagbara lagerlagen (3) och 2 kamaxelnockar (4) Figur 9 a-c visar ett alternativt satt att montera en delad kamaxel med 2 lagerlagen (3).

Figur a-e visar en montering av en kamaxel med radiellt delbart lagerlage (6). Vyn till vanster visar kamaxeln axiellt och den till Niger fran sidan.

Figur 13. a-c visar ett alternativt sjtt att montera ett radiellt delbart lagerlage (6). Samma sifferbeteckning motsvarar samma detalj oavsett ritning. 3 538 122 Beskrivning av uppfinningen Figur 1 visar en kamaxel i sin enklaste form med tva lagerlagen (3) och motsvarande kamaxellager (2) I motorn. Kamaxeln bestar ocksa av tva kamaxelnockar (4). Kamaxeln är tillverkad i ett stycke och vid montering i motorn fors den genom sina egna kamaxellager (2), vilka har samma innerdiameter som ytterdiametern Di pa kamaxelns lagerlage (3).

Figur 2 visar pa begransningar i hur kamaxelnockarna (4) kan utformas nar de sitter nara lagerlaget (3), kamaxelnockens storsta radie fran centrum till dess spets kan cla inte vara storre an lagerlagets (3) radie, cla det i sá fall blir ornejligt att fora kamaxeln (1) genom kamaxellagret (2) i motorn.

En kamaxelnock kan beskrivas enligt nomenklaturen i figur 3, med en bascirkel med radien Ri, en nock med hcijden H. Radien pa toppen av nocken som i de fiesta fall är den minsta radien benamns R2. Den axiella centrumlinjen genom nockens bascirkelsammanfaller med axiella centrumlinjen genom kamaxelns lagerlage (3).

For att kamaxeln ska vara monterbar genom ett lager med innerdiameter D1 krays clarfOr att foljande kriterium är uppfyllt 2xR1-F2x1-1 5 Di..........(1) Vid nykonstruktion av en motor är det av utrymmes och viktskal onskvart att Walla Di sa liten som mojligt. Det medfor begransningar i konstruktionen av kamaxelnocken (4). Om H Okas inom en given maste Riminskas motsvarande for att uppf-ylla kriteriet i formel 1.

Om minskningen av bascirkeln är stor maste aven diametern D2 pa kamaxeln mellan kamaxelnockar och lagerlage minskas, eftersom bascirkeln pa kamaxelnocken bor vara stOrre an den omgivande diameter, det ger foljande sam band 1)2 5 2 x R2 (2) En smalare kamaxel gor att dess styvhet forsamras, vilket är negativt for den dynamiska funktionen av ventilsystemet.

En minskad bascirkel gar ocksa att geometrin i kamaxelnocken blir samre, vilket beskrivs i figur 3. Dar finns tva kamaxelnockar som har samma Hvilket medfor att de ger samma ventillyft, trots att (b) har betydligt storre bascirkel an (a). I jamforelsen mellan de har loberna blir det stor skillnad pa toppradien R2, Om radien R1 Okas blir aven R2 motsvarande stOrre, vilket ger stOrre kontaktyta mellan kamaxelnock och dess foljare (5), vilket resulterar i lagre yttryck och battre hallfasthet.

Nal- en befintlig konstruktion ska andras vilket ofta innebar att H Okas for att fa hogre lyfthojd pa ventilen, begransar D1 hur kamaxelnocken kan utformas. En losning är att Oka Di, men det kraver att 4 538 122 aven kamaxellagringen (2) gars motsvarande storre, vilket oftast är komplicerat och ibland aven ornOjligt.

I en nykonstruktion av en motor är det dock mojligt, men cla kvarstar nackdelar med att vikten akar och att det kraver mer utrymme da kamaxeln gars med storre lagerlagen (3).

Uppfinningen avser att kamaxelns lagerlagen (3) gars demonterbara och monteras samtidigt eller efter att kamaxeln har forts in till sin position i motorn. Fordelen blir att cla kamaxeln fors genom kamaxelns lager (2) sitter inte lagerlagena (3) pa plats och axeln kan cla forskjutas radiellt. Figur 4a visar det traditionella sattet cla centrumlinjen i bascirkeln maste ligga i centrumlinjen for kamaxelns lagerlage (3). Figur 4b visar hur mycket storre kamaxelnocken kan goras om bascirkelns centrumlinje kan forskjutas och hela D1 kan utnyttjas. Oct gar att forhallandet beskrivet i formel 1 blir fOrbattrat enligt: 2x110-H 5Di (3) Jamfort med forhallande (1) finns ett utrymme motsvarande H, det kan utnyttjas till att Oka H och/eller R, med de fordelar det medfor som tidigare beskrivits.

For att kunna utnyttja fordelarna med en delbar konstruktion fullt ut, blir det viktigt att sammanfogningen av detaljerna giirs pa ett satt sa att inte sammanfogningsdetaljerna tar plats pa utsidan av kamaxeln, eftersom de cla skulle begransa hur mycket kamaxeln kan sidofOrskjutas vid monteringen.

Den foreslagna losningen är att utnyttja ett enkelt forband som sitter i kamaxelns axiella centrum. Eftersom detta forband eliminerar detaljer pa kamaxelns utsida, maximeras hur mycket kamaxeln kan sidoforskjutas da den fors genom kamaxellagret (2), darmed maximeras ocksa den mOjliga radien pa kamaxelnocken (4)i forhallande till kamaxellagrets (2) diameter.

Med denna losning är det mojligt att forbandet blir den storsta eller langsta av kamaxelns enskilda komponenter. Nagot som inte hade varit onskvart om huvudsyftet med konstruktionen hade varit att axeln i mindre mer hanterbara delar. Men det har mindre betydelse i de applikationer som uppfinningen syftar till, namligen dar inte kamaxelns storlek är problemet, utan det är begransningen i kamaxelnockens utformning som är problemet.

Om enbart ett centralt forband anvands, kravs i syfte att sakerstalla ran vinkelposition att delarna fixeras mot varandra. Detta Ors lampligen med krysskilar, splines, eller flagon form av sprint.

Det centralt placerade forbandet gbr ocksa konstruktionen enkel, med sa fa ingaende detaljer som mOjligt.

I figur 8a visas ett exempel pa hur en kamaxel i ett stycke monteras in i motorn, figur 8b visar att det inte är mejligt att fora in kamaxeln om kamaxelns nockar (4) har storre radie an radien pa lagerlagena (3), eftersom kamaxelnockarna (4) cla gar emot kamaxellagret (2). 538 122 Om kamaxeln lagerlagen (3) gars demonterbara blir det mojligt att radiellt fOrskjuta kamaxeln nar den fors genom kamaxellagret (2), vilket visas i Figur 8 c-e. Det gor det mojligt att montera en kamaxel dar radien pa kamaxelnockarna (4) är storre an radien pa kamaxeln lagerlagen (3). Kamaxelns lagerlagen (3) monteras sedan ihop med kamaxeln nar den är pa plats i motorn, i detta fall fran respektive arida av kamaxeln som visas i figur 8e. Det hogra lagerlaget (3) monters pa kamaxel med en bult (7) centralt i lagerlaget (3), medan det vanstra lagerlaget, vilket i detta fall ocksa fungerar som drivande flans av kamaxeln fixeras i sin vinkelposition med en krysskil, men det kunde aven ha gjorts med splines, stift eller nagot annat liknande fastelement.

I vissa motorkonstruktioner är en sida runt kamaxeln Open, om kamaxeln da har demonterbara lagerlagen blir det mojligt att montera in kamaxeln genom den oppna sidan istallet fOr att fora den genom kamaxeln lager (2), vilket visas i figur 9 a-c. Ena sidan av kamaxeln fors da forst in vinklad i ett kamaxellager enligt figur 9 a-b, sedan positioneras den i sin ratta position i dess andra kamaxellager. Kamaxelns lagerlagen (3) kan nu monteras pa liknande satt som tidigare beskrevs i figur 8e.

Den har monteringsmetoden kan behova anvandas till exempel nar kamaxelns nockar (4) sitter nara varandra och i skilda vinkelpositioner pa kamaxeln, de kan da medfora ett liknande problem som mellan lagerlagen (3) och kamaxel nockar (4) och begransa mojligheten att radiellt f6rskjuta kamaxeln om den skulle foras genom kamaxeln lager (2) I den har typen av konstruktioner kan forbanden mellan komponenterna behbva konstrueras med koniska hal och axelandar eftersom komponenterna cla inte behover vara i exakt rak vinkel till varandra nar de monteras ihop utan fOrst nar den monteras i sin slutliga position. Det är ibland nodvandigt att fora ihop komponenterna med varandra latt vinklade i borjan av monteringen.

Konstruktionerna som beskrivits hittills har enbart haft tva lagerlagen (3) och tva kamaxel nockar (4), i sin simplaste form kan en kamaxel besta av enbart tva lagerlagen (3) samt en kamaxelnock (4). Om lagerlagena (3) da ar placerade tillrackligt nara varandra kan samma problem uppsta aven i en sadan konstruktion.

Vanligare är dock att kamaxeln bestar av mer an 2 lagerlagen (3) och mer an tva kamaxelnockar (4). I de fallen kan andra kombinationer av de beskrivna konstruktionerna behova anvandas, samt kamaxeln kan behova delas i fler komponenter far att era det mojligt att montera ihop kamaxeln efter att den forts in i motorn.

FOljande exempel relaterar till en kamaxel med 3 lagerlagen, men principerna som anvands relaterar till alla kamaxlar med 2 eller fler lagerlagen.

Figur 5 visar en vanlig kamaxel av dagens konstruktion i ett stycke, vilket ar den konstruktionen som ska bli ersatt.

Figur 7 visar en konstruktion dar det mellersta lagerlaget (3) ar konstruerat som en hylsa och kamaxeln ar delad i tva komponenter. Komponenterna fixeras ihop med varandra i hylsan samtidigt som kamaxeln monteras in i motorn. I den har konstruktionen kan det sista lagerlaget, till hOger i figuren, konstrueras i ett stycke ihop med kamaxel komponenten eftersom det blir mOjligt att 6 538 122 montera kamaxeln i motorn trots att [lager lagerlaget inte är demonterbart. Alla komponenter i den har konstruktionen fixeras ihop med en 15ng bult som fOrband, dS ena axeln är hAlborrad och den andra är konstruerad med ett gangat h61.

Om kamaxeln i figur 7 skulle ha fler an 3 lagerlagen (3) sa behover den delas vid vane lagerlage (3). En kamaxel med fern lagerlagen (3) far cla 4 stycken axeldelar.

En konstruktion enligt figur 6 visar att det inte alltid är nodvandigt att kamaxeln delas aven om kamaxeln har 3 eller fler lagerlagen(3). I vissa fall kan det istallet vara lampligt att kamaxelns mellersta lagerlage (6) gars demonterbart. Det är enbart mojligt om det demonterbara lagerlaget (6) delas radiellt i tv5 eller flera delar, d5 de annars aldrig skulle ga att fora over kamaxelnockarna. Den har tekniken blir lamplig framforallt p5 de mellersta lagerlagena (6) p5 kamaxlar med 3 eller fler lagerlagen.

De delade lagerlages komponenterna (6) kan fixeras ihop med kamaxeln med bultar, nitar eller flagon form av klamfarband. De yttre lagerlagena (3) är konstruerade som hylsor och inte delade radiellt. Det är mojligt eftersom de inte behover foras aver nagon kamaxelnock nar de monteras, de kan fixeras mot kamaxeln med t.ex. krysskil eller splines.

Monteringen av det delade lagerlaget (6) p5 en kamaxel konstruerad enligt figur 6 kan goras som beskrivs i figur 10 a-e. Den ena halvan av lagerlaget (6) skjuts axiellt in i sin position enligt figur 10b, det är mojligt p5 motsatta sidan mot kamaxelnocken (4). Nar den är p5 plats kan den delade lagerlages komponenten (6) vridas 180 graders sa att den positioneras bredvid kamaxelnocken (6) enligt figur 10d. Det blir da mojligt att skjuta in den andra delen av det delade lagerlaget (6) p5 samma satt som den forsta. Nar de är p5 plats kan de delade lagerlages komponenterna (6) fixeras mot kamaxeln eller mot kamaxelns lager (2).

Beroende p5 hur de delade lagerlages komponenterna (6) är fixerade blir lagerytan antingen utsidan eller insidan av det delade lagerlaget (6). En annan losning yore att inte fixera det delade lagerlaget (6) mot vinkelrorelse, d5 kan b5de utsidan och insidan blir lageryta I vissa fall kan det vara mojligt att montera alla komponenter av det delade lagerlaget (6) samtidigt, som beskrivs i figur 11 a-c. En situation dar det är mojligt är nar kamaxelnocken (4) är positionerad sa langt bort fran lagerlaget (6) att det är mojligt att fora ner komponenterna mellan kamaxelnocken (4) och kamaxel lagret (2). I det fallet an det dock ingen mening att Ora lagerlaget (3) demonterbart, eftersom det inte är i vagen nar kamaxeln fans genom kamaxellagerna (2).

Ett annat fall är nar det an mojligt att positionera de radiellt delade lagerlages komponenterna (6) p5 sin plats innan kamaxeln är i sin slutliga position, det finns da extra utrymme for lagerlaget (6) mellan kamaxelnocken (4) och kamaxeln lager (2). Nar de är p5 plats kan kamaxeln skjutas in i sin slutliga position enligt figur 11c dar kamaxelnocken (4) an narmare kamaxeln lager (2) 7

Claims (5)

538 122 Patentkrav

1. En kamaxel innefattar en eller flera kamaxelnockar (4) och tva eller flera lagerlagen (3). Varje lagerlage(3) motsvaras av ett fast kamaxellager (2) i motorn som bar upp kamaxeln. Kamaxeln är delad i tv5 eller fler komponenter avsedda att sammanfogas samtidigt som kamaxeln placeras i sin position i motorn. Minst ett av lagerlagena (3) är en separat komponent. Kamaxelnockarnas (4) maximala radie är storre an radien pa kamaxelns lagerlagen (3). Kamaxeln karakteriseras av att komponenterna sammanfogas axiellt med ett separat fastelement centralt placerat i kamaxelns mitt och gar genom minst en av kamaxelns ing5ende komponenters centrum.

2. Kamaxel enligt patentkrav 1 karakteriserad av att ett eller flera lagerlagen (3) är losa hylsor.

3. Kamaxel enligt patentkrav 1 karakteriserad av att minst ett av de separata lagerlagena (3) är delat radiellt i tv5 eller flera delar. Lagerytan kan vara p5 insidan, utsidan eller p5 !Ada ytorna av det demonterbara lagerlaget

4. Kamaxel enligt patentkrav 1 karakteriserad av att komponenterna fixeras i vinkelposition med krysskil, splines eller en kombination av de b5da.

5. Kamaxel enligt patentkrav 1 karakteriserad av att komponenternas sammanfogningsytor är koniska h51 och motsvarande koniska axelandar. 8 538 122