DE102009028315B4

DE102009028315B4 - Nockenwellensystem für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009028315B4
Application number: DE102009028315.3A
Authority: DE
Inventors: Robert Wayne Lunsford; Mike David Deegan; Daniel Lawrence Sylvester; Robert Stephen Furby
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2029-08-08
Also published as: CN201599078U; DE102009028315A1; US7942121B2; US20100043736A1

Abstract

Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst:einen Zylinderkopf (10);eine auf mehreren Lagerflächen (46) im Zylinderkopf (10) angebrachte Nockenwelle (14);einen Druckring (18), der in der Nockenwelle (14) eingebaut ist;eine Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet ist, um den Druckring (18) aufzunehmen;ein Steuerventil (50) zum Betrieb eines Nockenwellenverstellers (58), wobei das Steuerventil (50) dem Nockenwellenversteller (58) Schmieröl unter Druck zuführt; undmindestens einen Schmiermittelablasskanal (68) zum Leiten von Schmieröl aus dem Steuerventil (50) zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), dadurch gekennzeichnet,dass das Steuerventil (50) an dem Zylinderkopf (10) angebracht ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nockenwellensystem zum Betrieb von Zylindertellerventilen, die in einem Verbrennungsmotor eingebaut sind, in dem die Nockenwelle eine gesteuerte zeitliche Abstimmung oder Verstellung aufweist, und mit Schmieröl, das der Doppelfunktion nicht nur des Betriebs des Nockenwellenverstellers, sondern auch der Bereitstellung von Schmierung für einen Teil der Nockenwelle dient.
Hintergrundinformationen
Die Schmierung von sich bewegenden Teilen in einem Verbrennungsmotor ist nicht nur erforderlich, sondern auch teuer. Natürlich muss Schmierung bereitgestellt werden, um unzulässigen Verschleiß von sich bewegenden Teilen zu verhindern, aber auch, um einen Mechanismus zur Erleichterung der Wärmeübertragung bereitzustellen. Schmierung ist teuer, weil eine Pumpe und ein Übertragungsnetz bereitgestellt werden müssen, wobei die Pumpe eine ausreichende Kapazität aufweisen muss, um den verschiedensten sich bewegenden Teilen und Motorbetriebsbedingungen Rechnung zu tragen. Bei sich bewegenden Teilen, wie zum Beispiel einer Nockenwelle, erstreckt sich dieses Schmierungserfordernis auf die Schmierung der Anlaufflächen der Nockenwelle. In der Regel geben die Nockenwellenschmierungserfordernisse vor, dass gebohrte Kanäle in einander gegenüberliegenden Seiten der Strukturen vorgesehen werden, an die die Anlaufflächen der Nockenwelle anstoßen. Dies erfordert jedoch, dass die Ölpumpe für einen bedeutenden Leckweg dimensioniert sein muss; dies bedeutet, dass die Pumpe eine größere Kapazität aufweisen muss und auch, dass die Pumpe mehr Energie verbraucht.
Es wäre wünschenswert, eine Schmierung für Nockenwellenanlaufflächen bereitzustellen, ohne dass für eine zusätzliche Ölpumpenkapazität gesorgt werden muss und ohne dass gebohrte oder kerngebohrte Spezialkanäle in einem Zylinderkopf eines Motor mit oben liegender Nockenwelle vorgesehen werden müssen.
Aus der DE 10 2006 041 918 A1 ist eine verstellbare Nockenwelle bekannt, bei welcher eine fest mit Nocken verbundene Innen- und Außenwelle relativ zueinander verdrehbar sind. Zur Erzeugung dieser Relativbewegung ist an einem Ende der Nockenwelle wenigstens eine hydraulische Stelleinrichtung vorgesehen, in der ein Rotor gegen einen Stator verdrehbar ist, wobei der Rotor und der Stator jeweils mit einer der beiden Wellen fest verbunden ist. Die Nockenwelle ist dabei Bestandteil einer vorfertigbaren Nockenwellen-Baugruppe.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor enthält einen Zylinderkopf mit einer auf mehreren Lagerflächen im Zylinderkopf angebrachten Nockenwelle. Ein Druckring ist in der Nockenwelle eingebaut. Eine Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination ist in dem Zylinderkopf ausgebildet und nimmt den Druckring auf. Ein Steuerventil zum Betrieb des Nockenwellenverstellers ist mit dem Zylinderkopf verbunden. Das Steuerventil führt dem Nockenwellenversteller Schmieröl unter Druck zu. Mindestens ein Schmiermittelablasskanal führt Schmieröl aus dem Steuerventil. Das Öl tritt zunächst in den Versteller ein und wird dann zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination geleitet.
Bevorzugt tritt Schmiermittel auf Kurbelwellendruck in die Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination ein.
Weiter bevorzugt umfasst der Druckring einen ringförmigen Körper, der einstückig mit der Nockenwelle ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil an dem Zylinderkopf angebracht ist.
Weiter bevorzugt umfassen Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination eine allgemein halbkreisförmige Tasche, die eine vordere und hintere Axialanlauffläche zur Ineingriffnahme eines der Druckringe aufweist.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, umfasst einen Zylinderkopf mit mindestens einer auf mehreren Lagerflächen im Zylinderkopf angebrachte Nockenwelle. Ferner ist mindestens ein Druckring in der mindestens einen Nockenwelle eingebaut sowie eine erste Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination in dem Zylinderkopf ausgebildet, um den Druckring in Eingriff zu nehmen. Zusätzlich ist ein an dem Zylinderkopf angebrachtes Steuerventil zum Betrieb des Nockenwellenverstellers vorgesehen, wobei das Steuerventil dem Nockenwellenversteller Schmieröl unter Druck zuführt sowie mindestens ein Schmiermittelablasskanal zum Leiten von Schmieröl hinter dem Versteller auf Kurbelkastendruck aus dem Steuerventil zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination.
Bevorzugt weist das Nockenwellensystem eine zweite Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination auf, die in dem Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei die zweite Behälter- und Druckreaktorkombination mit aus der ersten Behälter- und Druckreaktorkombination überlaufendem Schmiermittel versorgt wird.
Weiter bevorzugt ist die zweite Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination einer in dem Zylinderkopf angebrachten zweiten Nockenwelle wirkzugeordnet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können zwei Nockenwellen durch ein einziges Steuerventil, das einen einzigen, an einer der Nockenwellen angebrachten Nockenwellenversteller betreibt, mit Schmiermittel für ihre Druckringe versorgt werden, zwei auf mehreren Lagerflächen im Zylinderkopf angebrachte Nockenwellen. Dabei ist bevorzugt mindestens ein Druckring in jeder der Nockenwellen eingebaut und mehrere Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen, in dem Zylinderkopf ausgebildet, um die Druckringe in Eingriff zu nehmen. Ferner ist mindestens ein an dem Zylinderkopf angebrachtes Steuerventil zum Betrieb des Nockenwellenverstellers vorgesehen, wobei das Steuerventil dem Nockenwellenversteller Schmieröl unter Druck zuführt. Zusätzlich vorgesehen ist mindestens ein Schmiermittelablasskanal zum Zuführen von Schmieröl auf Kurbelkastendruck aus dem Steuerventil zu mindestens einer der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen.
Dabei kann bevorzugt weiterhin ein zweites Nockenwellenverstellersteuerventil vorgesehen sein, das an dem Zylinderkopf angebracht ist, wobei das zweite Steuerventil mindestens einer der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen Schmieröl zuführt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass maximaler Öldruck zum Betrieb des mit Öl von dem Steuerventil versorgten Nockenwellenverstellers zur Verfügung steht, weil das den Nockenwellenanlaufflächen zugeführte Schmiermittel Kurbelkastendruck aufweist.
Ein weiterer Vorteil eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Ölpumpenkapazität reduziert werden kann, weil kein Öl unter Druck für die Anlaufflächen der Nockenwelle bereitgestellt werden muss.
Noch ein anderer Vorteil eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in dem Konzept, dass ein einziges Nockenwellenverstellersteuerventil zur Bereitstellung von Nockenwellenanlaufflächenschmierung für die beiden Nockenwellen, die in einem einzigen Zylinderkopf eines Motors mit zwei oben liegenden Nockenwellen zu finden sind, verwendet werden kann.
Weitere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Leser der vorliegenden Beschreibung offensichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Zylinderkopfs mit einer Steuerventil- und Nockenwellenanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht eines Teils eines Zylinderkopfs ähnlich dem in 1 gezeigten.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfs mit zwei oben liegenden Nockenwellen und zwei Nockenwellenverstellern und Steuerventilen gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 gezeigt, weist ein Motorzylinderkopf 10 eine Nockenwelle 14 auf, die auf mehreren Nockenwellenlagern darin angebracht ist, wobei ein Lager 46 dargestellt wird. Die Nockenwelle 14 enthält einen integralen, einstückigen Nockenwellendruckring 18, der eine hintere Anlauffläche 22 und eine vordere Anlauffläche 26 aufweist, wobei letztere am besten in 2 zu sehen ist.
Des Weiteren zeigt 1 ein Ölsteuerventil 50, das dem in den 1 und 2 gezeigten Nockenwellenversteller 58 Schmieröl unter Druck zuführt. Des Weiteren zeigt 2 ein Nockenwellen-Kettenrad 62, das auf dem Nockenwellenversteller 58 angebracht ist und das die Nockenwelle 14 entweder durch einen elastomeren, faserverstärkten Riemen oder eine Kette oder sogar einen Zahnradantrieb antreibt.
Das Steuerventil 50 empfängt durch einen in dem Zylinderkopf 10 ausgebildeten Zufuhrkanal 54 geleitetes Öl und führt dem Nockenwellenversteller 58 Öl zu, so dass Öl ständig durch das Steuerventil 50 fließt. Infolgedessen fließt ständig ein Strom „verbrauchten Öls“ durch im Körper des Steuerventils 50 ausgebildete Öffnungen 68; wobei Öffnungen 68, die als Ablasskanäle für das Ventil 50 dienen, in den 1, 2 und 3 gezeigt werden. Ein Merkmal von gemeinhin verwendeten Nockenwellenverstellersteuerventilen besteht darin, dass Öl aus den Ventilen fließt und sich nicht bloß am Nockenwellenversteller aufstaut. Mit anderen Worten, unabhängig davon, ob die zeitliche Steuerung der Nockenwelle vollständig nach früh oder nach spät verstellt wird oder irgendwo dazwischen liegt, verlässt Öl die Öffnungen 68. Die vorliegende Erfindung nutzt diesen ständigen Ölfluss aus, ohne jedoch die Ölpumpe des Motors weiter zu belasten. Der letztere Vorteil wird durch Verwendung von Öl hinter dem Versteller auf Kurbelkastendruck zur Schmierung einer oder mehrerer Nockenwellen erreicht.
Aus den Öffnungen 68 fließendes Öl fließt letztendlich über den Zylinderkopf 10 und in eine Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination 28 (1, 2 und 3). Diese Kombinationsvorrichtung enthält eine halbkreisförmige Tasche 30, in die Schmiermittel auf Kurbelkastendruck fließt. Die Tasche 30 weist eine hintere Axialanlauffläche 38, die in den 1, 2 und 3 gezeigt wird, und eine vordere Axialanlauffläche 42, die am besten in 2 zu sehen ist, auf. Da ständig Öl aus den Öffnungen 68 des Steuerventils 50 fließt, wann immer der Motor in Betrieb ist, fließt Öl in die Tasche 30 und füllt die Tasche zu dem durch die halbringförmige Wand, die die hintere Druckfläche 38 definiert, gestatteten Ausmaß.
Wie in 2 deutlich zu sehen ist, weist die Tasche 30 einen Gesamtdurchmesser auf, der den Durchmesser des Nockenwellendruckrings 18 überschreitet, und dies gewährleistet ein leichtes Passieren des die Schmiermittelablasskanäle 68 am Steuerventil 50 verlassenden Öls. Des Weiteren zeigt 2 einen elektrischen Verbinder 52 für das Steuerventil 50.
Obgleich 3 zwei Steuerventile, nämlich Ventil 50 und Ventil 66 zeigt, die an dem Zylinderkopf 10 befestigt sind und die beide der Schmierung von Nockenwellendruckringen dienen, versteht sich, dass das vorliegende Schmiersystem auch mit einem einzigen Steuerventil eingesetzt werden kann, in der Regel auf der Einlassseite des Motors, das in diesem Fall das Ventil 50 sein würde. Es ist festgestellt worden, dass ausreichende Schmierung für den Nockenwellendruckring 20 der Nockenwelle 16 über den Zylinderkopf 10 fließt, insbesondere bei einem V-Motor, bei dem die Zylinderköpfe in einem negativen Winkel zur Horizontalen geneigt sind. Diese Neigung gestattet es, dass Öl aus der Tasche 30 überläuft und nach unten in eine zweite Tasche 34 fließt, die in 3 gezeigt wird, um dem Nockenwellendruckring 20, der auf der zweiten Nockenwelle 16 angeordnet ist, Schmierung zuzuführen. Auf diese Weise können die Druckringe beider Nockenwellen 14 und 16 mit von einem einzigen Steuerventil, nämlich dem Ventil 50, kommenden Öl geschmiert werden, wodurch keine Bohrungen in den Zylinderköpfen mehr ausgebildet werden müssen, um einen der Druckringe 18 oder 20 mit Schmierung zu versorgen.
Die vorhergehende Erfindung ist gemäß den relevanten rechtlichen Anforderungen beschrieben worden, wodurch die Beschreibung nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. Variationen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform können für den Fachmann auf der Hand liegen und fallen in den Schutzbereich der Erfindung. Demgemäß kann der Umfang des von der vorliegenden Erfindung gebotenen rechtlichen Schutzes nur durch genaue Prüfung der folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: einen Zylinderkopf (10); eine auf mehreren Lagerflächen (46) im Zylinderkopf (10) angebrachte Nockenwelle (14); einen Druckring (18), der in der Nockenwelle (14) eingebaut ist; eine Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet ist, um den Druckring (18) aufzunehmen; ein Steuerventil (50) zum Betrieb eines Nockenwellenverstellers (58), wobei das Steuerventil (50) dem Nockenwellenversteller (58) Schmieröl unter Druck zuführt; und mindestens einen Schmiermittelablasskanal (68) zum Leiten von Schmieröl aus dem Steuerventil (50) zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) an dem Zylinderkopf (10) angebracht ist.
Nockenwellensystem nach Anspruch 1, wobei Schmiermittel auf Kurbelwellendruck in die Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42) eintritt.
Nockenwellensystem nach Anspruch 1, wobei der Druckring (18) einen ringförmigen Körper umfasst, der einstückig mit der Nockenwelle (14) ausgebildet ist.
Nockenwellensystem nach Anspruch 1, wobei die Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42) eine allgemein halbkreisförmige Tasche (30) umfasst, die eine vordere (42) und hintere (38) Axialanlauffläche zur Ineingriffnahme des Druckrings (18) aufweist.
Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: einen Zylinderkopf (10); mindestens eine auf mehreren Lagerflächen (46) im Zylinderkopf (10) angebrachte Nockenwelle (14); mindestens einen Druckring (18), der in der mindestens einen Nockenwelle (14) eingebaut ist; eine erste Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet ist, um den Druckring (18) in Eingriff zu nehmen; ein an dem Zylinderkopf (10) angebrachtes Steuerventil (50) zum Betrieb des Nockenwellenverstellers (58), wobei das Steuerventil (50) dem Nockenwellenversteller (58) Schmieröl unter Druck zuführt; und mindestens einen Schmiermittelablasskanal (68) zum Leiten von Schmieröl hinter dem Versteller (58) auf Kurbelkastendruck aus dem Steuerventil (50) zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42).
Nockenwellensystem nach Anspruch 5, das weiterhin eine zweite Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination umfasst, die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet ist, wobei die zweite Behälter- und Druckreaktorkombination mit aus der ersten Behälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42) überlaufendem Schmiermittel versorgt wird.
Nockenwellensystem nach Anspruch 5, wobei eine zweite Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination der in dem Zylinderkopf (10) angebrachten zweiten Nockenwelle (16) wirkzugeordnet ist.
Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: einen Zylinderkopf (10); zwei auf mehreren Lagerflächen (46) im Zylinderkopf (10) angebrachte Nockenwellen (14, 16); mindestens einen Druckring (18), der in jeder der Nockenwellen (14, 16) eingebaut ist; mehrere Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen (28, 30, 38,42), die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet sind, um die Druckringe (18, 20) in Eingriff zu nehmen; mindestens ein an dem Zylinderkopf (10) angebrachtes Steuerventil (50) zum Betrieb des Nockenwellenverstellers (58), wobei das Steuerventil (50) dem Nockenwellenversteller (58) Schmieröl unter Druck zuführt; und mindestens einen Schmiermittelablasskanal (68) zum Zuführen von Schmieröl auf Kurbelkastendruck aus dem Steuerventil (50) zu mindestens einer der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen (28, 30, 38,42).
Nockenwellensystem nach Anspruch 8, das weiterhin ein zweites Nockenwellenverstellersteuerventil (66) umfasst, das an dem Zylinderkopf (10) angebracht ist, wobei das zweite Steuerventil (66) mindestens einer der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombinationen (28, 30, 38,42) Schmieröl zuführt.