WO2013026520A1 - Nockenwelle für den ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Nockenwelle für den ventiltrieb einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2013026520A1
WO2013026520A1 PCT/EP2012/003233 EP2012003233W WO2013026520A1 WO 2013026520 A1 WO2013026520 A1 WO 2013026520A1 EP 2012003233 W EP2012003233 W EP 2012003233W WO 2013026520 A1 WO2013026520 A1 WO 2013026520A1
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WO
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cam
camshaft
bearing ring
carrier
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/003233
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heino Schiller
Michael Hinkel
Sebastian Schneider
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction

Definitions

  • the invention relates to a camshaft for the valve train of an internal combustion engine and an at least one such camshaft having internal combustion engine.
  • a valve drive of an internal combustion engine which offers the possibility to adjust the stroke of the intake and exhaust valves of the internal combustion engine in stages.
  • the adjusting device which is designed so that it simultaneously adjusts the two intake and exhaust valves of each cylinder of the internal combustion engine, comprises a cam carrier as part of the camshaft, the rotationally fixed but in axial
  • Cam carrier has two cam groups each with two (in the axial direction)
  • the adjusting device makes it possible to adjust the stroke of the valves assigned to these cam groups in that the cam carrier is displaced into one of a total of three defined axial positions, whereby a contact element of a finger lever, with which the valves are actuated, either with one of the two cams or with a In principle, a portion of the cam carrier, which has no cam lobe.
  • the respective valve is defined with a defined by the respective cam lobe and in addition to the transmission ratio of the cam
  • the stroke of the valve is zero, corresponding to the missing cam lift. Accordingly, a valve shutdown is realized via the "zero cam".
  • An adjustment of the individual cam carrier in the axial direction of the camshaft is carried out by means of a respective guide wheel, which constitutes an integral part of the cam carrier.
  • a running in the circumferential direction Y-shaped groove is intergrated.
  • This groove thus has two divergent partial grooves in a section.
  • the actual adjustment is achieved by means of a setting device which has a total of three extendable adjusting pins, one of which, depending on the respective position of the cam carrier on the basic shaft and of the desired adjustment direction, is extended and engages in a section of the groove. If one of the adjusting pins engages in one of the diverging sub-grooves, this leads as a result of the relative rotation of the crank gear to the pin to an axial displacement of the cam carrier on the fundamental shaft.
  • a bearing ring is arranged in the valve drive of DE 10 2007 010 148 A1, which is rotatably arranged on the corresponding section of the cam carrier.
  • the bearing ring is rotatably but slidably disposed in the axial direction within a housing of the internal combustion engine, the cylinder head cover arranged.
  • the bearing ring serves to support the camshaft in the cylinder head cover, wherein the displaceability of the cam carrier is made possible in the direction of the longitudinal axis of the camshaft.
  • the bearing ring forms on the outside a bar-shaped projection, which serves for a rotation of the bearing ring, whereby co-rotation is prevented with the camshaft.
  • three recesses are integrated, in which a ball of a spring-loaded locking element engages to the cam carrier in the respective position in which this by means of
  • the bearing ring in the valve train of DE 10 2007 010 148 A1 consists of two half shells, whereby a mountability on the limited by the cams of the two cam groups portion of the cam carrier is made possible.
  • the invention has the object, an improved internal combustion engine with a generic, from the
  • This object is achieved by a camshaft according to the independent claim 1 and by such a camshaft having internal combustion engine according to the independent claim 7.
  • a generic camshaft for the valve train of an internal combustion engine the
  • At least one rotatably and axially displaceably arranged on the fundamental shaft cam carrier which forms at least one cam group with at least two axially arranged side by side cams with different cam shapes
  • a bearing ring which is not composed of two or more partial shells is understood to be "one-piece.”
  • Such a bearing ring can preferably also be of one-part design, ie consist of only one component, but of course it is also possible to use a one-piece bearing ring according to the invention consisting of several components form, in which case at least the component that forms the inner surface is formed closed annular.
  • a bearing ring which consists of two half-shells, as is the case with the valve train in DE 10 2007 010 148 A1, can not be safely avoided, since an offset during assembly of the two half-shells can not be excluded.
  • the one-piece bearing ring of the camshaft according to the invention is thus characterized in each case by a low friction of its rotational movement on the cam carrier.
  • An internal combustion engine according to the invention comprises at least one housing and at least one camshaft according to the invention arranged in the housing, wherein the fundamental shaft of the camshaft is rotatably supported within the housing via the at least one bearing ring of the cam carrier and the bearing ring is also displaceable relative to the housing in the axial direction of the camshaft ,
  • each of the cam carrier of the camshaft according to the invention on a plurality and preferably two cam groups, which are arranged on both sides of the bearing ring.
  • the cam carrier has a support tube, and at least one, preferably all of the cam groups (or the cam formed by these individually) as structurally separate from the support tube , but with this (permanently) connectable or connected
  • cam carrier with a support tube and at least one
  • cam groups not only has the advantage of mounting with a one-piece bearing ring according to the invention, but it is also possible to form the support ring and the cams (groups) of different materials to optimally adapt to the different stresses.
  • the cam carrier of the camshaft according to the invention preferably has one
  • Control ring with at least one introduced in the outside thereof, in at least one portion not in a radial plane of the camshaft extending control groove.
  • control ring is formed as structurally separate from the support tube, but with the support tube (permanently) connected component.
  • the camshaft according to the invention can be simplified, but in any case it is possible to optimally adapt the carrier tube or the control ring to the respective stresses by a targeted selection of the materials.
  • Support tube is preferably provided a press fit, in which thus at the same
  • the support tube is exposed to a lower temperature than the cam group (s) and / or the Verschiebering before assembly for the production of such a press fit;
  • the support tube can be cooled and / or the
  • Cam group (s) and / or the sliding ring are heated. After cooling or reheating of the components after assembly then sets the desired interference fit.
  • the bearing of the bearing ring on the corresponding portion of the cam carrier is preferably formed as a hydrodynamic or hydrostatic sliding bearing.
  • a lubricant is supplied to the bearing surfaces (i.e., the corresponding portion of the outer surface of the cam carrier and the inner surface of the bearing ring) via a bore in the bearing ring.
  • Bearing ring bearing cam carrier This can be realized by the bearing ring having in its outer surface a "longitudinal groove" (not perpendicular to the longitudinal axis of the bearing ring) and a bore leading from the groove base to the inner side of the bearing ring Bearing ring a connection to a lubricant supply, which may be integrated, for example, in the housing of the internal combustion engine, be ensured.
  • the width of the longitudinal groove may need to be (at least) the maximum
  • Corresponding displacement of the cam carrier on the fundamental shaft may optionally be greater than the width of the bearing ring, which may be limited by the distance of the valves which are actuated by the cam groups of the cam carrier. This can complicate a constructive implementation of the lubricant supply, especially in small-volume internal combustion engines, since the integration of a sufficiently long longitudinal groove in the bearing ring does not seem feasible. To make this possible in a constructive simple manner, it is provided in a preferred embodiment of the camshaft according to the invention that the outer diameter of the bearing ring is greater than the maximum
  • Cam lobe of the directly adjacent cams of the cam groups and the axial extent of the bearing ring - in at least a portion of its outer surface - is greater than the distance between the two cam groups. This will easily the (maximum) width of the bearing ring extended beyond the distance between the two cam groups.
  • Camshaft co-rotating preferably fixed with respect to the housing standing
  • Fuse element engages to form a rotation of the bearing ring.
  • the bearing ring on the outside at least two spaced apart in the axial direction of the camshaft from each other
  • Recesses forms, wherein a non-co-rotating with the camshaft, preferably fixedly arranged with respect to the housing position assurance element depending on the respective axial position of the cam carrier on the camshaft in one of
  • Recesses engages and thereby a position assurance or locking of the
  • Fig. 1 a cylinder head of an internal combustion engine according to the invention
  • Fig. 2 the two camshafts of the internal combustion engine according to the invention according to the
  • FIG. 3 shows a section of one of the camshafts of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows the components of a cam carrier of the camshafts according to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through the cam carrier according to FIG. 4;
  • FIGS. 4 and 5 shows the cam carrier according to FIGS. 4 and 5 in an isometric view
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a section of the cylinder head according to FIG. 1.
  • the cylinder head shown in FIGS. 1 and 2 an inventive
  • Internal combustion engine comprises a cylinder head cover 10 as part of a housing of the internal combustion engine.
  • the cylinder head cover 10 forms two storage tunnels 12, in each of which a camshaft 14, 16 according to the invention is mounted.
  • the two camshafts 14, 16 are driven by a crankshaft (not shown) of the internal combustion engine, to which a first of the camshafts 14 is connected to a drive wheel 18 which is connected via a toothed belt, not shown, with a corresponding output gear of the crankshaft.
  • the first camshaft 14 drives the second camshaft 16 via a gearwheel drive, not shown.
  • the second camshaft 16 with a
  • Phase adjuster (not shown) may be provided, via which a phase shift of the mutually coupled rotational movements of the two camshafts 14, 16 can be achieved.
  • Each of the two camshafts 14, 16 comprises a basic shaft 20, on which a total of four cam supports 22 are arranged secured against rotation.
  • the anti-twist device is achieved via a spline on an inner surface of each of the cam carriers (see Fig. 6) in conjunction with a corresponding spline on the outer surface of the respective portion of the fundamental shaft 20.
  • the longitudinal toothing ensures the inventively provided displaceability of the cam carrier 22 in the longitudinal direction of the camshaft 14, whereby a Hubumscnies of actuated by cam of the cam carrier 22 valves (not shown) of the internal combustion engine can be realized.
  • Each of the cam supports 22 comprises a support tube 24 and two cam groups 26 structurally separate from the support tube and formed as annular units, each of the cam groups 26 being divided in the axial direction into three adjacent sections. In two of these sections, the cam groups each form a cam, which rises from the cylindrical basic shape of the outer surface at one point of the circumference. The two cams of each of the cam groups 26 have different shapes and in particular different maximum elevations, resulting in different valve lifts for the valves operated therewith.
  • Cam groups 26 has no elevations and represents a zero cam. About the zero cam, the thus "actuated" valve can be kept closed.
  • a three-stage Ventilhubscnies can be achieved.
  • This Ventilhubscnies is achieved via an axial displacement of the total of four cam carrier 22 per camshaft 14, wherein in each case an actuating element (not shown), such as a drag lever, the each of the valves
  • each of the cam carrier 26 via a control ring 28, in the otherwise cylindrical outer surface of a Y-shaped cam groove 30 is introduced.
  • a first portion of this cam groove 30 runs exactly in the circumferential direction, i. jn a (radial) plane arranged perpendicular to the longitudinal axis of the control ring 28.
  • a second section connects, in which the control groove 30 is formed of two diverging extending part-grooves.
  • control ring 28 of each of the cam supports 26 is associated with an actuator 32 connected to the cylinder head cover 10 having three control pins (not shown) which may be extended (individually driven) to engage the first portion or one of the sub-grooves of the second portion Control groove 30 of the associated control ring 28 engage and move the cam carrier 22 in one direction on the fundamental shaft 20 due to the relative movement between the rotating control ring 28 and the fixed control pin.
  • each of the cam carriers 22 comprises a bearing ring 34, which is rotatably arranged on the carrier tube 24 of the cam carrier 22 and between the two cam groups 26.
  • the bearing ring 34 serves for one of the bearing of the camshaft 14 within the cylinder head cover 10. Since for an axial displacement of the cam carrier 22 on the fundamental shaft 20 of the camshaft 14, a corresponding displacement of the cam carrier 22 on the fundamental shaft 20 of the camshaft 14.
  • Bearing ring 34 is required, provides the storage of the bearing ring 34 in the cylinder head cover 10 before a corresponding axial displacement.
  • the bearing ring 34 on an outer bearing shell 36 which in a portion of the cylinder head cover 10 (in
  • the outer bearing shell 36 has a cylindrical basic shape with a plurality of apertures, so that there is no completely closed cylindrical lateral surface. Furthermore, the bearing ring 34 still has a cylindrical inner bearing shell 38 which is connected to the outer
  • Bearing shell 36 are connected via an annular web 40.
  • the inner bearing shell 38 is supported on both sides on the two cam groups 26 of the cam carrier 22.
  • the bearing ring 24 is in one piece according to the invention and also formed in one piece.
  • Cam groups 26 is. Furthermore, the outer bearing shell 36 projects beyond the inner bearing shell 38 in the axial direction and thus partially engages over the adjacent cams. As a result, the bearing ring 34 can be realized with an outer bearing shell 36 which is wider than the distance between the two cam groups 26 of the cam carrier 22 (limited by the distance between the two valves controlled by the respective cam carrier 22). This allows to integrate a longitudinal groove 42 with a sufficient length in the outer bearing shell 36. This longitudinal groove 42 serves to establish a connection between a bore 44 extending from the groove base and extending through the web 40 to the inside of the inner bearing shell 38 and an outlet 46 of a lubricant supply integrated in the cylinder crankcase 10 (cf. 6).
  • longitudinal groove 48 is integrated, into which engages a bolt of a screwed into the cylinder head 10 locking pin 50.
  • Locking pin 50 a rotation for the bearing ring 34 of each of the cam carrier 22 is realized without hindering its axial displacement.
  • the individual elements of the cam carrier (carrier tube 24, cam groups 26, bearing ring 34 and control ring 28) are connected by means of press fit. Their assembly is carried out as follows: The cam groups 26, the bearing ring 34 and the control ring 28 are pre-positioned and heated in the order provided. The carrier tube 24 is cooled simultaneously with liquid nitrogen. The cam groups 26, the bearing ring 34 and the control ring 2 are then inserted into a mounting device (not shown) and the support tube 34 is then pushed through these elements. Then, the cam groups 26 and the bearing ring 34 and the control ring 28 in the intended positions (relative to each other) are rotated. After an approximation of the temperatures of the elements, the desired interference fit is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (14, 16) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundwelle (20), mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Grundwelle (20) angeordneten Nockenträger (22), wobei der Nockenträger (22) mindestens eine Nockengruppe (26) mit mindestens zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen ausbildet, und einem drehbar und axial verschiebefest auf dem Nockenträger angeordneten Lagerring und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring einstückig ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine sowie eine mindestens eine solche Nockenwelle aufweisende Brennkraftmaschine.
Aus der DE 10 2007 010 148 A1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, der die Möglichkeit bietet, den Hub der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine in Stufen zu verstellen. Die Versteileinrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie die jeweils zwei Einlass- bzw. Auslassventile jedes Zylinders der Brennkraftmaschine gleichzeitig verstellt, umfasst einen Nockenträger als Teil der Nockenwelle, der drehfest jedoch in axialer
Richtung verschiebbar auf einer Grundwelle der Nockenwelle angeordnet ist. Der
Nockenträger weist zwei Nockengruppen mit jeweils zwei (in axialer Richtung)
nebeneinander angeordneten Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen auf.
Die VerStelleinrichtung ermöglicht, den Hub der diesen Nockengruppen zugeordneten Ventile dadurch zu verstellen, dass der Nockenträger in eine von insgesamt drei definierten Axialpositionen verschoben wird, wodurch ein Kontaktelement eines Schlepphebels, mit dem die Ventile betätigt werden, entweder mit einem der beiden Nocken oder mit einer „Nullnocke" in Kontakt gebracht wird, die im Prinzip ein Abschnitt des Nockenträgers ist, der keine Nockenerhebung aufweist. Bei einem Kontakt des Schlepphebels mit einer der beiden Nocken, wird das jeweilige Ventil mit einem von der jeweiligen Nockenerhebung definierten und zusätzlich von dem Übersetzungsverhältnis des Schlepphebels abhängigen Hub betätigt. Bei einem Kontakt des Schlepphebels mit der„Nullnocke" ist der Hub des Ventils entsprechend der fehlenden Nockenerhebung gleich Null. Über die„Nullnocke" wird demnach eine Ventilabschaltung realisiert.
Eine Verstellung der einzelnen Nockenträger in axialer Richtung der Nockenwelle erfolgt mit Hilfe jeweils eines Kulissenrads, das einen integralen Bestandteil des Nockenträgers darstellt. In das Kulissenrad ist eine in Umfangsrichtung verlaufende, Y-förmige Nut intergiert. Diese Nut weist somit in einem Abschnitt zwei divergierend verlaufende Teilnuten auf. Die tatsächliche Verstellung wird über eine Stellvorrichtung erreicht, die insgesamt drei ausfahrbare Verstellstifte aufweist, von denen jeweils einer, in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Nockenträgers auf der Grundwelle und von der gewünschten Verstellrichtung, ausgefahren wird und in einen Abschnitt der Nut eingreift. Greift einer der Verstellstifte in eine der divergierenden Teilnuten ein, führt dies infolge der Relativdrehung des Kulissenrads zu dem Stift zu einer Axialverschiebung des Nockenträgers auf der Grundwelle.
Zwischen den beiden Nockengruppen, deren Abstand voneinander durch den Abstand der über diese Nockengruppen betätigten Ventile der Brennkraftmaschine definiert ist, ist bei dem Ventiltrieb der DE 10 2007 010 148 A1 ein Lagerring angeordnet, der drehbar auf dem entsprechenden Abschnitt des Nockenträgers angeordnet ist. Der Lagerring ist drehfest jedoch in axialer Richtung verschiebbar innerhalb eines Gehäuses der Brennkraftmaschine, der Zylinderkopfhaube, angeordnet. Der Lagerring dient der Lagerung der Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube, wobei die Verschiebbarkeit des Nockenträgers in Richtung der Längsachse der Nockenwelle ermöglicht wird.
Der Lagerring bildet außenseitig einen balkenförmigen Vorsprung aus, der zum einen einer Verdrehsicherung des Lagerrings dient, wodurch ein Mitrotieren mit der Nockenwelle verhindert wird. Zusätzlich dazu sind in die Oberseite des balkenförmigen Vorsprungs drei Vertiefungen integriert, in die eine Kugel eines federbelasteten Verriegelungselements eingreift, um die Nockenträger in der jeweiligen Position, in die dieses mittels des
Kulissenrads verstellt wurde, zu fixieren.
Der Lagerring bei dem Ventiltrieb der DE 10 2007 010 148 A1 besteht aus zwei Halbschalen, wodurch eine Montierbarkeit auf dem von den Nocken der beiden Nockengruppen begrenzten Abschnitt des Nockenträgers ermöglicht wird. Diese Ausgestaltung des
Lagerrings erfordert eine äußerst aufwändige Bearbeitung, da aufgrund der hohen
Drehzahlen der Nockenwelle, die relativ zu dem Lagerring drehbar ist, sehr enge Toleranzen gefordert werden, eine rotatorische Bearbeitung der Halbschalen jedoch nicht möglich ist. Zudem kann bei der Montage des Lagerrings ein - wenn auch geringer - Versatz zwischen den Lagerhälften nicht ausgeschlossen werden, der die Reibung des Lagerrings auf dem entsprechenden Abschnitt des Nockenträgers erheblich erhöhen würde. Weiterhin weist die Ausgestaltung des Lagerrings mit den zwei balkenförmigen Vorsprüngen den Nachteil auf, dass die Lagerung des Lagerrings im Zylinderkopf geteilt ausgeführt werden muss, was bei dem Ventiltrieb der DE 10 2007 010 148 A1 mit Hilfe des Zylinderkopfs sowie einer aufgeschraubten Lagerbrücke gelöst wird. Eine solche Lagerung ist aufwändig zu montieren und erhöht somit die Kosten der Brennkraftmaschine.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Brennkraftmaschine mit einem gattungsgemäßen, aus der
DE 10 2007 010 148 A1 bekannten Ventiltrieb anzugeben. Insbesondere sollte der
Ventiltrieb dahingehend verbessert werden, dass die in diesem enthaltene Nockenwelle einfacher montierbar ist und sich durch einen geringeren Reibungsverlust auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine Nockenwelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch eine eine solche Nockenwelle aufweisende Brennkraftmaschine gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Nockenwelle beziehungsweise der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine gattungsgemäße Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, die
- eine Grundwelle,
- mindestens einen drehfest und axial verschiebbar auf der Grundwelle angeordneten Nockenträger, der mindestens eine Nockengruppe mit mindestens zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen ausbildet, und
- mindestens einen drehbar und axial verschiebefest auf dem (bzw. jedem der)
Nockenträger angeordneten Lagerring
aufweist, dadurch weiterzubilden, dass der Lagerring einstückig ausgebildet ist.
Als„einstückig" wird erfindungsgemäß ein Lagerring verstanden, der nicht aus zwei oder mehr Teilschalen zusammengesetzt ist. Ein solcher Lagerring kann vorzugsweise auch einteilig ausgebildet sein, d.h. aus lediglich einem Bauteil bestehen, selbstverständlich ist es jedoch auch möglich einen erfindungsgemäßen einstückigen Lagerring aus mehreren Bauteilen auszubilden, wobei dann zumindest das Bauteil, dass die Innenfläche ausbildet, geschlossen ringförmig ausgebildet ist.
Durch die Einstückigkeit des Lagerrings wird dessen Herstellung vereinfacht, da dieser als einfaches Drehteil hergestellt werden kann. Zudem kann durch die Einstückigkeit auf einfache Weise eine vollständig absatzfreie Innenseite erreicht werden. Eine solche
Innenseite ist bei einem Lagerring, der aus zwei Halbschalen besteht, wie dies bei dem Ventiltrieb in der DE 10 2007 010 148 A1 der Fall ist, nicht sicher vermeidbar, da ein Versatz bei der Montage der zwei Halbschalen nicht ausgeschlossen werden kann. Der einstückige Lagerring der erfindungsgemäßen Nockenwelle zeichnet sich somit in jedem Fall durch eine geringe Reibung seiner Drehbewegung auf dem Nockenträger aus.
Als„Nocke" einer erfindungsgemäßen Nockenwelle wird erfindungsgemäß auch eine „Nullnocke" verstanden, die keine Nockenerhebungen aufweist und über die somit ein Nullhub des damit angesteuerten Ventils der Brennkraftmaschine erzielt wird. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest ein Gehäuse sowie mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete erfindungsgemäße Nockenwelle, wobei die Grundwelle der Nockenwelle über den zumindest einen Lagerring des Nockenträgers drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist und der Lagerring zudem in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dem Gehäuse verschiebbar ist.
Um eine gleichzeitige Verstellung von zwei und mehr Ventilen eines Zylinders der
Brennkraftmaschine zu ermöglichen, weist (jeder) der Nockenträger der erfindungsgemäßen Nockenwelle mehrere und vorzugsweise zwei Nockengruppen auf, die beidseitig des Lagerrings angeordnet sind.
Um einen solchen Nockenträger erfindungsgemäß mit einem einstückigen Lagerring versehen zu können, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Nockenträger ein Trägerrohr aufweist, und mindestens eine, vorzugsweise alle der Nockengruppen (bzw. die von diesen ausgebildeten Nocken jeweils einzeln) als strukturell von dem Trägerrohr getrennte, mit diesem jedoch (dauerhaft) verbindbare beziehungsweise verbundene
Einheit(en) ausgebildet sind.
Die Ausbildung des Nockenträgers mit einem Trägerrohr und mindestens einer,
vorzugsweise mehreren davon strukturell getrennten Nockengruppen weist nicht nur den Vorteil einer Montierbarkeit mit einem erfindungsgemäßen einstückigen Lagerring auf, sondern es besteht zudem die Möglichkeit, den Trägerring und die Nocken(gruppen) aus unterschiedlichen Werkstoffen auszubilden, um diese optimal an die unterschiedlichen Beanspruchungen anzupassen.
Der Nockenträger der erfindungsgemäßen Nockenwelle weist vorzugsweise einen
Steuerring mit mindestens einer in dessen Außenseite eingebrachten, in zumindest einem Abschnitt nicht in einer radialen Ebene der Nockenwelle verlaufenden Steuernut auf.
Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Nockenträger auf der Grundwelle der
Nockenwelle durch das temporäre Eingreifen eines (nicht mit der Nockenwelle
mitrotierenden) Steuerstifts in die Steuernut axial auf der Grundwelle zu verschieben.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass auch der Steuerring als strukturell von dem Trägerrohr getrenntes, jedoch mit dem Trägerrohr (dauerhaft) verbundenes Bauteil ausgebildet ist. Dadurch kann gegebenenfalls wiederum die Montage der
erfindungsgemäßen Nockenwelle vereinfacht werden, in jedem Fall besteht jedoch die Möglichkeit, durch eine gezielte Auswahl der Werkstoffe, das Trägerrohr bzw. den Steuerring optimal an die jeweiligen Beanspruchungen anzupassen. Zur dauerhaften Verbindung der Nockengruppe(n) und/oder des Steuerrings mit dem
Trägerrohr ist vorzugsweise ein Presssitz vorgesehen, bei dem somit bei gleichen
Bauteiltemperaturen der Außendurchmesser des (isolierten) Trägerrohrs geringfügig größer als der Innendurchmesser der (isolierten) Nockengruppe(n) und/oder des (isolierten)
Verschieberings ist, wodurch diese Bauteile im gefügten Zustand kraftschlüssig miteinander verbunden sind. In bekannter Weise wird für die Herstellung eines solchen Presssitzes das Trägerrohr vor der Montage einer geringeren Temperatur als die Nockengruppe(n) und/oder der Verschiebering ausgesetzt; dazu kann das Trägerrohr gekühlt und/oder die
Nockengruppe(n) und/oder der Verschiebering erhitzt werden. Nach einem Abkühlen bzw. Wiedererwärmen der Bauteile nach der Montage stellt sich dann der gewünschte Presssitz ein.
Die Lagerung des Lagerrings auf dem entsprechenden Abschnitt des Nockenträgers ist vorzugsweise als hydrodynamisches oder hydrostatisches Gleitlager ausgebildet. Hierzu kann vorgesehen sein, dass den Lagerflächen (d.h. dem entsprechenden Abschnitt der Außenfläche des Nockenträgers sowie der Innenfläche des Lagerrings) über eine Bohrung in dem Lagerring ein Schmiermittel zugeführt wird.
Hierzu kann erforderlich sein, die Bohrung in Überdeckung mit einer Schmiermittelzufuhr zu bringen und dies unabhängig von der jeweiligen axialen Verschiebeposition des den
Lagerring tragenden Nockenträgers. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Lagerring in seiner Außenfläche eine (nicht senkrecht zur Längsachse des Lagerrings) verlaufende „Längsnut" und eine von dem Nutgrund zu der Innenseite des Lagerrings führende Bohrung aufweist. Durch die Längsnut kann unabhängig von der jeweiligen axialen Verstellposition des Lagerrings eine Verbindung zu einer Schmiermittelzufuhr, die beispielsweise in das Gehäuse der Brennkraftmaschine integriert sein kann, sichergestellt werden.
Die Breite der Längsnut muss unter Umständen (mindestens) dem maximalen
Verschiebeweg des Nockenträgers auf der Grundwelle entsprechen. Dieser Verschiebeweg kann gegebenenfalls größer als Breite des Lagerrings sein, die von dem Abstand der Ventile, die von den Nockengruppen des Nockenträgers betätigt werden, begrenzt sein kann. Dies kann insbesondere bei kleinvolumigen Brennkraftmaschinen eine konstruktive Umsetzung der Schmiermittelzufuhr erschweren, da die Integration einer ausreichend langen Längsnut in dem Lagerring nicht umsetzbar scheint. Um dies auf konstruktive einfache Weise zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwelle vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Lagerrings größer als die maximale
Nockenerhebung der direkt benachbarten Nocken der Nockengruppen ist und die axiale Erstreckung des Lagerrings - in zumindest einem Abschnitt seiner Außenfläche - größer als der Abstand zwischen den beiden Nockengruppen ist. Hierdurch wird auf einfache Weise die (maximale) Breite des Lagerrings über den Abstand der zwei Nockengruppen hinaus erweitert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sieht vor, dass der Lagerring außenseitig eine (weitere) Längsnut aufweist, in die ein nicht mit der
Nockenwelle mitrotierendes, vorzugsweise fest bezüglich des Gehäuses stehendes
Sicherungselement eingreift, um eine Verdrehsicherung des Lagerrings auszubilden.
Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Lagerring außenseitig mindestens zwei in axialer Richtung der Nockenwelle beabstandet voneinander angeordnete
Vertiefungen ausbildet, wobei ein nicht mit der Nockenwelle mitrotierendes, vorzugsweise fest bezüglich des Gehäuses angeordnetes Positionssicherungselement in Abhängigkeit von der jeweiligen axialen Position des Nockenträgers auf der Nockenwelle in eine der
Vertiefungen eingreift und dadurch eine Positionssicherung bzw. Verrastung des
Nockenträgers ausbildet.
Dadurch dass die als Verdrehsicherung dienende Längsnut und/oder die als
Positionssicherung dienenden Vertiefungen die Außenfläche des Lagerrings nicht überragen, wird eine Lagerung der Lagerringe bzw. der gesamten Nockenwelle in einem ungeteilten Lagertunnel des Gehäuses der Brennkraftmaschine ermöglicht. Dadurch kann die Montage der Brennkraftmaschine vereinfacht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 : einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
Fig. 2: die zwei Nockenwellen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß der
Fig. 1 vor der Montage in der Zylinderkopfhaube des Zylinderkopfs;
Fig. 3: einen Abschnitt einer der Nockenwellen der Fig. 2;
Fig. 4: die Bestandteile eines Nockenträgers der Nockenwellen gemäß Fig. 2;
Fig. 5: einen Längsschnitt durch den Nockenträger gemäß Fig. 4;
Fig. 6: den Nockenträger gemäß Fig. 4 und 5 in einer isometrischen Ansicht; und
Fig. 7: einen Längsschnitt durch einen Abschnitt des Zylinderkopfs gemäß Fig. 1. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine umfasst eine Zylinderkopfhaube 10 als Bestandteil eines Gehäuses der Brennkraftmaschine. Die Zylinderkopfhaube 10 bildet zwei Lagertunnel 12 aus, in denen jeweils eine erfindungsgemäße Nockenwelle 14, 16 gelagert ist. Die beiden Nockenwellen 14, 16 werden von einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine angetrieben, wozu eine erste der Nockenwellen 14 mit einem Antriebsrad 18 verbunden ist, das über einen nicht dargestellten Zahnriemen mit einem entsprechenden Abtriebsrad der Kurbelwelle verbunden ist. Die erste Nockenwelle 14 treibt über einen nicht dargestellten Zahnradtrieb die zweite Nockenwelle 16 an. Dabei kann die zweite Nockenwelle 16 mit einem
Phasensteller (nicht dargestellt) versehen sein, über den eine Phasenverschiebung der miteinander gekoppelten Drehbewegungen der beiden Nockenwellen 14, 16 erreicht werden kann.
Jede der beiden Nockenwellen 14, 16 umfasst eine Grundwelle 20, auf der insgesamt vier Nockenträger 22 verdrehgesichert angeordnet sind. Die Verdrehsicherung wird über eine Längsverzahnung auf einer Innenfläche jedes der Nockenträger (vgl. Fig. 6) in Verbindung mit einer entsprechenden Längsverzahnung auf der Außenfläche des jeweiligen Abschnitts der Grundwelle 20 erreicht. Die Längsverzahnung stellt die erfindungsgemäß vorgesehene Verschiebbarkeit der Nockenträger 22 in Längsrichtung der Nockenwelle 14 sicher, wodurch eine Hubumschaltung der von Nocken der Nockenträger 22 betätigten Ventile (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine realisiert werden kann.
Jeder der Nockenträger 22 umfasst ein Trägerrohr 24 sowie zwei als strukturell von dem Trägerrohr getrennte, als ringförmige Einheiten ausgebildete Nockengruppen 26, wobei jede der Nockengruppen 26 in axialer Richtung in drei nebeneinander liegende Abschnitte unterteilt ist. In zwei dieser Abschnitte bilden die Nockengruppen jeweils eine Nocke aus, die sich von der zylindrischen Grundform der Außenfläche an einer Stelle des Umfangs erhebt. Die beiden Nocken jeder der Nockengruppen 26 weisen unterschiedliche Formen und insbesondere unterschiedliche maximale Erhebungen auf, wodurch sich unterschiedliche Ventilhübe für die damit betätigten Ventile ergeben. Der dritte Abschnitt jeder der
Nockengruppen 26 weist keine Erhebungen auf und stellt eine Nullnocke dar. Über die Nullnocke kann das damit„betätigte" Ventil geschlossen gehalten werden. '
Über die erfindungsgemäße Nockenwelle 14 kann eine dreistufige Ventilhubschaltung erreicht werden. Diese Ventilhubschaltung wird über eine Axialverschiebung der insgesamt vier Nockenträger 22 je Nockenwelle 14 erreicht, wobei dabei jeweils ein Betätigungselement (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Schlepphebel, das jedem der der Ventile
zugeordnet ist, in Kontakt mit einem der Nocken bzw. der Nullnocke jeder der Nockengruppen 26 gebracht wird, wodurch das Ventil entsprechend der Form der jeweiligen Nocke bzw. Nullnocke betätigt bzw. nicht betätigt wird.
Die Verschiebung jedes der Nockenträger 26 erfolgt über einen Steuerring 28, in dessen im Übrigen zylindrische Außenfläche eine Y-förmige Steuernut 30 eingebracht ist. Ein erster Abschnitt dieser Steuernut 30 verläuft exakt in Umfangsrichtung, d.h. jn einer senkrecht zur Längsachse des Steuerrings 28 angeordneten (Radial-)Ebene. An diesen ersten Abschnitt schließt sich ein zweiter Abschnitt an, in dem die Steuernut 30 aus zwei divergierend verlaufenden Teilnuten ausgebildet ist. Dem Steuerring 28 jedes der Nockenträger 26 ist ein mit der Zylinderkopfhaube 10 verbundener Aktuator 32 zugeordnet, der drei Steuerstifte (nicht dargestellt) aufweist, die (einzeln angesteuert) ausgefahren werden können, um in den ersten Abschnitt bzw. eine der Teilnuten des zweiten Abschnitts der Steuernut 30 des dazugehörigen Steuerrings 28 einzugreifen und in Folge der Relativbewegung zwischen dem rotierenden Steuerring 28 und dem feststehenden Steuerstift den Nockenträger 22 in einer Richtung auf der Grundwelle 20 zu verschieben.
Weiterhin umfasst jeder der Nockenträger 22 einen Lagerring 34, der drehbar auf dem Trägerrohr 24 des Nockenträgers 22 und zwischen den beiden Nockengruppen 26 angeordnet ist. Der Lagerring 34 dient zum einen der Lagerung der Nockenwelle 14 innerhalb der Zylinderkopfhaube 10. Da für ein axiales Verschieben der Nockenträger 22 auf der Grundwelle 20 der Nockenwelle 14 auch eine entsprechende Verschiebung des
Lagerrings 34 erforderlich ist, sieht die Lagerung des Lagerrings 34 in der Zylinderkopfhaube 10 eine entsprechende axiale Verschiebbarkeit vor. Hierzu weist der Lagerring 34 eine äußere Lagerschale 36 auf, die in einem Abschnitt der Zylinderkopfhaube 10 (in
Längsrichtung des Lagerrings bzw. der Nockenwelle) verschiebbar gelagert ist. Die äußere Lagerschale 36 weist eine zylindrische Grundform mit mehreren Durchbrüchen auf, so dass sich keine vollständig geschlossene zylindrische Mantelfläche ergibt. Weiterhin weist der Lagerring 34 noch eine zylindrische innere Lagerschale 38 auf, die mit der äußeren
Lagerschale 36 über einen ringförmigen Steg 40 verbunden sind. Die innere Lagerschale 38 stützt sich beidseitig an den beiden Nockengruppen 26 des Nockenträgers 22 ab. Der Lagerring 24 ist erfindungsgemäß einstückig und zudem einteilig ausgebildet.
Aus der Fig. 3 wird ersichtlich, dass der Außendurchmesser der äußeren Lagerschale 26 größer als die maximale Erhebung der direkt benachbarten Nocken der beiden
Nockengruppen 26 ist. Weiterhin überragt die äußere Lagerschale 36 die innere Lagerschale 38 in axialer Richtung und greift somit teilweise über die benachbarten Nocken. Dadurch kann der Lagerring 34 mit einer äußeren Lagerschale 36 realisiert werden, die breiter als der (von dem Abstand der beiden von dem jeweiligen Nockenträger 22 gesteuerten Ventile begrenzte) Abstand zwischen den beiden Nockengruppen 26 des Nockenträgers 22 ist. Dies ermöglicht, eine Längsnut 42 mit einer ausreichenden Länge in die äußere Lagerschale 36 zu integrieren. Diese Längsnut 42 dient dazu, eine Verbindung zwischen einer von dem Nutgrund ausgehenden und durch den Steg 40 bis zur Innenseite der inneren Lagerschale 38 reichenden Bohrung 44 und einem Auslass 46 einer Schmiermittelzufuhr, die in die Zylinderkurbelhaube 10 integriert ist, herzustellen (vgl. Fig. 6).
In die äußere Lagerschale 36 des Lagerrings 34 ist noch eine weitere (sich vollständig durch die äußere Lagerschale 36 erstreckende) Längsnut 48 integriert, in die ein Bolzen eines in die Zylinderkopfhabe 10 eingeschraubten Sicherungsstifts 50 eingreift. Über diesen
Sicherungsstift 50 wird eine Verdrehsicherung für den Lagerring 34 jedes der Nockenträger 22 realisiert, ohne dessen axiale Verschiebbarkeit zu behindern.
In die äußere Lagerschale 36 des Lagerrings 34 sind weiterhin noch drei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete, keilförmige Vertiefungen 52 eingebracht, in die eine
federbelastete Kugel 54 eines Positionssicherungselements 56 eingreifen kann. Diese drei Vertiefungen 52 definieren Axialpositionen, in denen der Nockenträger 22 mittels des Positionssicherungselements 56 fixiert werden kann.
Die einzelnen Elemente des Nockenträgers (Trägerrohr 24, Nockengruppen 26, Lagerring 34 und Steuerring 28) sind mittels Presssitz miteinander verbunden. Deren Montage erfolgt folgendermaßen: Die Nockengruppen 26, der Lagerring 34 und der Steuerring 28 werden in der vorgesehenen Reihenfolge vorpositioniert und aufgeheizt. Das Trägerrohr 24 wird gleichzeitig mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Die Nockengruppen 26, der Lagerring 34 und der Steuerring 2 werden dann in eine Montageeinrichtung (nicht dargestellt) eingelegt und das Trägerrohr 34 dann durch diese Elemente hindurch geschoben. Dann werden die Nockengruppen 26 sowie der Lagerring 34 und der Steuerring 28 in die vorgesehenen Positionen (relativ zueinander) verdreht. Nach einer Angleichung der Temperaturen der Elemente bildet sich der gewünschte Presssitz aus.
Bezugszeichenliste Zylinderkopfhaube
Lagertunnel
erste Nockenwelle
zweite Nockenwelle
Antriebsrad
Grundwelle
Nockenträger
Trägerrohr
Nockengruppe
Steuerring
Steuernut
Aktuator
Lagerring
äußere Lagerschale
innere Lagerschale
Steg
Längsnut
Bohrung
Auslass
Längsnut
Sicherungsstift
Vertiefung
Kugel
Positionssicherungselement

Claims

Ansprüche
1. Nockenwelle (14, 16) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundwelle (20), mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Grundwelle (20) angeordneten Nockenträger (22), wobei der Nockenträger (22) mindestens eine Nockengruppe (26) mit mindestens zwei in axialer Richtung nebeneinander
angeordneten Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen ausbildet, und einem drehbar und axial verschiebefest auf dem Nockenträger angeordneten Lagerring (34), dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (34) einstückig ausgebildet ist.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1 , wobei der Nockenträger (22) zwei Nockengruppen (26) aufweist, die beidseitig des Lagerrings (34) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenträger (22) ein Trägerrohr (24) aufweist und mindestens eine der Nockengruppen (26) als strukturell von dem Trägerrohr (24) getrennte, mit dem
Trägerrohr (24) verbundene Einheit ausgebildet ist.
3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Nockenträger (22) einen Steuerring (28) mit mindestens einer in eine Außenfläche des Steuerrings (28) eingebrachten, zumindest in einem Abschnitt nicht in einer Radialebene der Nockenwelle verlaufenden Steuernut (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerring (28) als strukturell von dem Trägerrohr (24) getrenntes, mit dem Trägerrohr (24) verbundenes Bauteil ausgebildet ist.
4. Nockenwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Nockengruppe(n) (26) und/oder der Steuerring (28) über einen Presssitz mit dem Trägerrohr (24) verbunden ist/sind.
5. Nockenwelle nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Außendurchmesser des Lagerrings (34) größer als die maximale Nockenerhebung der direkt benachbarten Nocken der Nockengruppen (26) ist und die axiale Erstreckung des Lagerrings (34) in zumindest einem Abschnitt von dessen Außenfläche größer als der Abstand zwischen den beiden Nockengruppen (26) ist.
6. Nockenwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (34) in der Außenfläche eine Längsnut (42) und eine von einem Grund der Längsnut (42) zu der Innenseite des Lagerrings (34) führende Bohrung (44) aufweist.
7. Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse und mindestens einer in dem Gehäuse angeordneten Nockenwelle (14, 16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundwelle (20) mittels des Lagerrings (34) drehbar innerhalb des Gehäuse gelagert ist und der Lagerring (34) in axialer Richtung der Nockenwelle (14, 16) relativ zu dem Gehäuse verschiebbar ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (34) außenseitig eine Längsnut (48) aufweist, in die ein mit dem Gehäuse verbundenes Sicherungselement zur Verdrehsicherung des Lagerrings (34) eingreift.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lagerring (34) außenseitig mindestens zwei in axialer Richtung der Nockenwelle (14, 16) beabstandet voneinander angeordnete Vertiefungen (52) aufweist, wobei ein mit dem Gehäuse verbundenes Positionssicherungselement (56) in Abhängigkeit von der jeweiligen axialen Position des Nockenträgers (22) auf der Nockenwelle (14, 16) in eine der Vertiefungen (52) eingreift.
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