DE3943426C1

DE3943426C1 -

Info

Publication number: DE3943426C1
Application number: DE19893943426
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5000 Koeln De Urban; Herbert Dipl.-Ing. 5204 Lohmar De Frielingsdorf
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: Mechadyne PLC
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-30
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2009-12-31
Also published as: WO1991010047A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für ventilge steuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen, die gleitend ineinander gelagert sind, wobei erste Nockenelemente mit dem innenliegenden Wellenelement und zweite Nockenelemente mit dem außenliegenden Wellenelement verbunden sind, und das außenliegende Wellenelement den Nockenelementen des innenliegenden Wellenelementes zugeordnete Wandöffnungen aufweist, durch die die Nockenelemente mit dem innen liegenden Wellenelement verbindende Stifte hindurch treten. Hierbei können zum Beispiel die Nockenelemente des einen Wellenelements die Betätigung der Einlaßventile und die Nockenelemente des anderen Wellenelements die Betäti gung der Auslaßventile der Zylinder bewirken. Hiermit ist die Ventilüberschneidung veränderlich, während die Ven tilöffnungszeiten absolut nicht beeinflußbar sind. Es können aber auch die Nockenelemente des einen Wel lenelements und Nockenelemente des anderen Wellenelements jeweils die Betätigung von Einlaßventilen gleicher Zy linder bewirken. Hierbei kann die Betätigung der Auslaß ventile der Zylinder von weiteren Nockenelementen eines der beiden genannten Wellenelemente oder von denen einer zweiten Nockenwelle bewirkt werden. Hierdurch sind die Ventilüberschneidungszeiten bei gleichzeitiger Veränderung der Ventilöffnungszeit der Einlaßventile veränderbar.

Es ist bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren im Bereich der Teillast und niedriger Drehzahlen eine geringe Überschnei dung der Ventilöffnungsphasen von Auslaß- und Einlaßven tilen aufgrund dynamischer Gaswechseleinflüsse sinnvoll ist, während vor allem im Bereich höherer Lasten eine erhebliche Überschneidung vorteilhaft ist. Bei Verbren nungsmotoren, bei denen den Einlaßventilen und Auslaßven tilen jeweils eine eigene Nockenwelle zugeordnet ist, kann dies mit verhältnismäßig einfachen Maßnahmen im Antrieb verwirklicht werden, beispielsweise indem ein Zugtrum eines Antriebsriemens mittels einer Verstellrolle verkürzt oder verlängert wird. Bei einfacheren Verbrennungsmotoren mit nur einer Nockenwelle zur Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile ist diese Relativverstellung der Nocken zueinander, die nicht nur im Hinblick auf günstiges Dreh moment bei niedrigen Drehzahlen und hohe Leistungen bei hohen Drehzahlen, sondern auch in Bezug auf Emissionswerte nach heutigem Stand der Technik zu fordern ist, mit einer verstellbaren Nockenwelle der oben genannten Art zu lösen.

Eine Nockenwelle dieser Art ist aus der DE 36 24 827 A1 bekannt. Hierbei gleiten die dem inneren Wellenelement zugeordneten Nockenelemente mit einer zylindrischen Boh rung auf dem außenliegenden Wellenelement, das einen der Nockenerhebung gegenüberliegenden Umfangsschlitz aufweist, durch den ein einzelner radialer Befestigungsstift hin durchtritt, der das Nockenelement mit dem zugeordneten innenliegenden Wellenelement verbindet. Es ist offensicht lich, daß diese Art der punktuellen Befestigung eine Ver formung des innenliegenden Wellenelementes im Bereich der Bolzenbefestigung bei Drehmomentbeaufschlagung des Nockens zur Folge haben kann. Hierdurch sind genaue Steuerzeiten nicht einzuhalten. Es ist mit Beschädigungen an der Be festigung zu rechnen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art bereitzu stellen, bei der eine sichere und winkelgetreue Verbindung zwischen dem innenliegenden Wellenelement und den zugeordneten Nocken besteht.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die ein erstes Nockenelement mit dem innenliegenden Wandelement verbindenden Stifte das außenliegende Wellen element in zwei radial gegenüberliegenden Wandöffnungen durchdringen. Wesentlich ist also, daß die mit einer zy lindrischen Innenbohrung ausgeführten ersten Nockenelemen te mit dem innenliegende Wellenelement doppelt an einander gegenüberliegenden Stellen verstiftet werden, um Verfor mungen am Nocken und am Wellenkörper zuverlässig zu ver meiden. In einer ersten günstigen Ausführung werden die Stifte vom Grundkreis der Nocken aus eingesetzt und rei chen bis in die Nockenerhebung. Dies können zwei kürzere Stifte unterschiedlichen Durchmessers oder ein einziger durchgehender Stift sein. Nach einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung weisen die Nocken zumindest einseitig eine Ansatzhülse auf, die von einem einzelnen Stift durchsetzt wird.

Für die Stifte ist bevorzugt ein Preßsitz vorgesehen. Um keine Radialverspannungen der Wellenelemente gegeneinander zu erzeugen kann hierzu das Einsetzen und Einschrumpfen von unterkühlten Stiften angewendet werden. Die Wellenele mente sind zumindest an ihren Enden oder auch an allen Lagerstellen gleitend ineinander geführt und abgestützt.

Ein geeignetes Verbindungsverfahren für das außenliegende Wellenelement mit den zugeordneten Nocken besteht in einem in Abschnitten vollzogenen inneren Aufweiten des Rohrkör pers im Bereich der Nockenelemente, insbesondere mit hy draulischer Druckerzeugung. Ebenso ist ein vom Rohrinneren durchgeführtes Laserschweißen unter Zuhilfenahme eines Umlenkspiegels möglich, wie es als solches bekannt ist.

Die Herstellung der Nockenwelle erfolgt in der Weise, daß sämtliche Nocken in der erforderlichen Reihenfolge auf das außenliegende Wellenelement aufgeschoben werden, dann die einzelnen Rohrabschnitte des außenliegenden Elementes innerhalb der zweiten Nocken aufgeweitet werden, um diese festzulegen. Anstelle des hydraulischen Aufweitens kann auch Schrumpfen, Schweißen oder Löten treten. Dann werden die ersten Nockenelemente mit dem dazu eingeschobenen innenliegenden Wellenelement verstiftet, wobei der Preß sitz durch das oben genannte Einschrumpfen erzeugt werden kann.

In an sich bekannter Weise ist eine Verstellvorrichtung an einem Ende der Wellenelemente vorzusehen, die eine Lageän derung der beiden Wellenelemente gegeneinander mit dem Ziel der Veränderung der Steuerzeiten der beiden Gruppen von Nockenelementen zueinander bewirken soll.

Nach einer ersten Ausführung kann dies in Form einer re lativen Verdrehung der beiden Wellenelemente gegeneinander erfolgen, wobei als Voraussetzung die Wandöffnungen im äußeren Wellenelement als Umfangsschlitze ausgebildet sein müssen, die die durch sie hindurchtretenden Stifte führen.

Nach einer zweiten Ausführung, die gegebenenfalls auch mit der ersten kombiniert werden kann, soll eine relative Axialverschiebung der Wellenelemente gegeneinander zu bewirken sein, wobei die Nockenelemente des gegenüber den Ventilen verschiebbaren Wellenelementes eine Raumform mit axial veränderlicher Erhebungskurve aufweisen müssen und die Wandöffnungen im äußeren Wellenelement als Längs schlitze ausgebildet sein müssen, die die Stifte führen.

Bei der angesprochenen Kombination der Verstellmöglichkei ten kann ein gegenüber dem Stiftdurchmesser größeres Fen ster vorgesehen sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung einer Nockenwelle im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführung einer Nocken welle im Längsschnitt.

Fig. 3 zeigt eine Nockenwelle nach Fig. 1 im Quer schnitt durch einen Nocken.

Fig. 4 zeigt drei Ausführungen von Wandöffnungen in Ansicht.

Im einzelnen ist in den Fig. 1 und 2 jeweils ein innen liegendes rohrförmiges Wellenelement 1 und ein außenlie gendes Wellenelement 2 erkennbar, die mittels einer nicht dargestellten Verstellvorrichtung gegeneinander verdrehbar und/oder verschiebbar sind. Das außenliegende Wellenele ment 2 trägt unmittelbar darauf festgelegte Nockenelemente 8, zwischen denen jeweils gegenüber dem außenliegenden Wellenelement 2 verstellbare mit dem innenliegenden Wellenelement 1 verbundene Nockenelemente 7 aufgeschoben sind. Die ineinanderliegenden Wellenelemente sind an den Enden über Lagerhülsen 10, 11 radial gelagert. Jeweils ein Paar von Nockenelementen 7, 8 ist von Lagern 6 eingefaßt. Auf dem außenliegenden Wellenelement 2 festgelegte Axial anschläge 3 stützen die Welle gegenüber den Nockenwellen lagern 6 ab. Im außenliegenden Wellenelement 2 sind sich gegenüberliegend Wandöffnungen 5 ausgeführt, die von Stiften 4 durchsetzt werden, die im innenliegenden Wellen element 1 festgelegt sind und die Nockenelemente 7 auf diesem fixieren. Die Nockenelemente 7 sind mit axial ver änderlichen Erhebungskurven dargestellt.

In Fig. 1 tritt jeweils ein Stift 4 im Grundkreis in die Nockenelemente 7 ein und reicht bis in die Nockenerhebung auf der gegenüberliegenden Seite.

In Fig. 2 weisen die Nockenelemente 7 Ansätze 9 auf, die jeweils gegenüberliegend von einem Stift 4 durchsetzt werden.

Fig. 3 zeigt als Einzelheit ein Nockenelement 7, das ein in die Nockenerhebung 12 reichende Sackbohrung 13 auf weist, in die ein Stift 4 eingesetzt ist, der sich gleich zeitig im Preßsitz in Bohrungen des innenliegenden Wellen elementes 1 befindet. Daneben sind Wandöffnungen 5 im außenliegenden Wellenelement 2 erkennbar, die groß gegen über dem Stiftdurchmesser sind und zumindest eine Winkel verstellung der Wellenelemente gegeneinander zuläßt. Die Einsetzöffnung 14 für den Stift 4 liegt in einer auf dem Grundkreis vorgesehenen nichttragenden mittigen Umfangsnut 15 des Nockenelements 7, um Schaden am Ventilteller auszu schließen.

Fig. 4 zeigt Wandöffnungen 5 in Form eines Umfangs schlitzes 5a, eines Längsschlitzes 5b und eines Fensters 5c mit denen Winkel- und/oder Längsverstellungen der Wellenelemente gegeneinander darstellbar sind.

Bezugszeichenliste:

1 Wellenelement innen
2 Wellenelement außen
3 Axialanschlüsse
4 Stift
5 Umfangsschlitz
6 Lager
7 Einlaßnocken (zu 1)
8 Auslaßnocken (zu 2)
9 Ansatz (zu 7)
10 Lagerhülse
11 Lagerhülse
12 Nockenerhebung
13 Sackbohrung
14 Einsetzöffnung
15 Umfangsnut

Claims

1. Nockenwelle für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen (1, 2), die gleitend ineinander gelagert sind, wobei erste Nockenelemente (7) mit dem innenliegenden Wellenele ment (1) und zweite Nockenelemente (8) mit dem außen liegenden Wellenelement (2) verbunden sind, und das außenliegende Wellenelement (2) den Nockenelementen (7) des innenliegenden Wellenelementes (1) zugeordnete Wandöffnungen (5) aufweist, durch die die Nockenele mente (7) mit dem innenliegenden Wellenelement (1) verbindende Stifte (4) hindurchtreten, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein erstes Nockenelement (7) mit dem innenliegenden Wellenelement (1) verbindenden Stifte (4) das außenliegende Wellenelement (2) in zwei radial gegenüberliegenden Wandöffnungen (5) durchdringen.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen (5a) Umfangsschlitze sind.

3. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen (5b) Längsschlitze sind, und daß die ersten Nockenelemente (7) als mit axial veränder lichen Erhebungskurven versehene Raumnocken ausgebil det sind.

4. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen (5c) in Längs- und Umfangs richtung eine gegenüber dem Durchmesser der Stifte größere Erstreckung haben, und daß die ersten Nockenelemente (7) als mit axial veränderlichen Erhebungskurven versehene Raumnocken ausgebildet sind.

5. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein durchgehender Stift (4) ein erstes Nockenelement (7) in zwei radial gegenüberliegenden Stellen durchsetzt.

6. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchgehender Stift (4) jeweils vom Nocken grundkreis her in die Nockenerhebung eines ersten Nockenelements (7) eindringt.

7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stifte abgestuften Durchmessers vom Nocken grundkreis her in jeweils ein erstes Nockenelement (7) eingesetzt sind.

8. Nockenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsetzöffnung (14) für die Stifte (4) jeweils in einer nicht tragenden Umfangsnut der Nockenlaufbahn liegt.

9. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zumindest eine Ansatzhülse (9) an einem ersten Nockenelement (7) vorgesehen ist, die von einem Stift (4) durchsetzt wird.

10. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (4) im Preßsitz in den ersten Nocken elementen (7) aufgenommen sind.

11. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Nockenelemente (8) formschlüssig, stoff- oder kraftschlüssig auf dem äußeren Wellenele ment (2) festgelegt sind.

12. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellvorrichtung an einem Ende der Wellen elemente (1, 2) vorgesehen ist, die mit den Wellenele menten in gegeneinander drehverstellendem und/oder axial verstellendem Eingriff ist.