DE102010034934B4

DE102010034934B4 - Motor mit einem Nockenwellen-Schmierungsverteilerrohr

Info

Publication number: DE102010034934B4
Application number: DE102010034934.8A
Authority: DE
Inventors: David R. Staley; James J. Mazzola III.; Alan W. Hayman; Joseph J. Moon
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: DE102010034934A1; US8307800B2; US20110220049A1; CN102191968A; CN102191968B

Abstract

Motoranordnung (10), die umfasst:
einen Zylinderkopf (20), der eine erste Nockenlageroberfläche (24) definiert, die einen ersten Öleinlass (26) aufweist, der sich durch diese hindurch erstreckt;
eine Nockenwelle (14, 16), die an der ersten Nockenlageroberfläche (24) gelagert ist und definiert:
eine axiale Bohrung (42);
einen ersten radialen Durchgang (44), der sich von der axialen Bohrung (42) weg durch einen Außenumfang der Nockenwelle (14, 16) hindurch erstreckt und mit dem ersten Öleinlass (26) in Verbindung steht; und
einen zweiten radialen Durchgang (46), der sich von der axialen Bohrung (42) weg durch einen Außenumfang der Nockenwelle (14, 16) hindurch erstreckt;
einen Lagerdeckel (22), der an dem Zylinderkopf (20) befestigt ist und einen ersten Ölauslass (50) in Verbindung mit dem zweiten radialen Durchgang (46) enthält, wobei sich der erste Ölauslass (50) von einer Lagerinnenfläche (52) einer Lagerdeckelregion (48) zu einer Außenoberfläche (54) derselben erstreckt; und
ein Schmierungsverteilerrohr (58, 60), das einen zweiten Öleinlass (63) in Verbindung mit dem ersten Ölauslass (50) und einen ersten Schmierungsversorgungsdurchgang (64), der mit der Nockenwelle (14, 16) ausgerichtet ist, enthält.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorschmierungssysteme und insbesondere eine Nockenwellenschmierung.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht unbedingt den Stand der Technik darstellen.
Motoranordnungen können Nockenwellenbuckel durch ein Durchsickern von Öl an Nockenlagern indirekt schmieren. Diese Technik stellt nur eine minimale Kontrolle darüber bereit, wo Öl auf die Nockenbuckel auftrifft und wie viel Öl an die Nockenbuckel geliefert wird. Als Folge kann es sein, dass die Nockenbuckel bei extremen Betriebsbedingungen, wie etwa einem Betrieb bei Kälte und niedriger Drehzahl, nicht wie gewünscht geschmiert werden. Andere Nockenschmierungsverfahren können eine Ölströmung an die Nockenbuckel direkt bereitstellen, wobei eine begrenzte Dosierung der Ölströmung zu einer übermäßigen Ölströmung an die Nockenbuckel führt. Diese übermäßige Ölströmung kann eine zusätzliche Ölpumpenkapazität erforderlich machen, um korrekte Öldrücke im Motor aufrecht zu erhalten, was zu einem erhöhten Leistungsverlust führt.
Die EP 1 063 400 A2 offenbart einen Verbrennungsmotor mit Viertaktzyklus, der Nockenwellen mit Axialbohrungen zur Schmierung der jeweiligen Nockenwellenlager aufweist. Zur Schmierung der Nockenbuckel der jeweiligen Nockenwellen werden Schmierungsverteilerrohre verwendet, die über eine separate Zuführung mit Schmieröl versorgt werden.
In der DE 27 03 519 A1 ist ein Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen offenbart, der in einer Ausführungsform mit einem Schmierungsverteilerrohr versehen ist, das über einer Nockenwelle angeordnet ist, um deren Nocken zu schmieren. Die Schmierölzufuhr erfolgt über ein Lager an einem Ende der Nockenwelle und einen daran anschließenden Schmierstoffauffangraum.
Die US 6 631 701 B2 offenbart ein Nockenwellenschmierungssystem, bei dem die Nocken der Nockenwelle radiale Bohrungen in Verbindung mit einer axialen Innenbohrung der Nockenwelle aufweisen. Im Betrieb tritt Schmieröl, das aus der axialen Innenbohrung stammt, auf die Oberflächen der Nocken aus, um diese zu schmieren.
In der US 5 404 845 A ist ein Ventilmechanismus für eine Brennkraftmaschine offenbart, bei dem die Ventile der Zylinder durch Kipphebel betätigt werden, die von einer Nockenwelle angetrieben werden. Die Nockenwelle weist eine axiale Innenbohrung und von dieser aus radial nach außen verlaufende Schmierungsbohrungen auf, um Schmieröl aus der Innenbohrung auf Gleitoberflächen der Kipphebel zu befördern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine effektive Schmierung für Nocken bereitzustellen, die wenig Schmieröl und keinen übermäßigen Öldruck benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die Motoranordnung nach Anspruch 1 gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Motoranordnung kann einen Zylinderkopf, der eine erste Nockenlageroberfläche definiert, eine Nockenwelle, die an der ersten Nockenlageroberfläche gelagert ist, einen am Zylinderkopf befestigten Lagerdeckel und ein Schmierungsverteilerrohr enthalten. Die erste Nockenlageroberfläche kann einen ersten Öleinlass aufweisen, der sich durch diese hindurch erstreckt. Die Nockenwelle kann eine axiale Bohrung, einen ersten radialen Durchgang und einen zweiten radialen Durchgang definieren. Der erste radiale Durchgang kann sich von der axialen Bohrung durch einen Außenumfang der Nockenwelle hindurch erstrecken und kann mit dem ersten Öleinlass in Verbindung stehen. Der zweite radiale Durchgang kann sich von der axialen Bohrung durch einen Außenumfang der Nockenwelle hindurch erstrecken. Der Lagerdeckel kann am Zylinderkopf befestigt sein und kann einen ersten Ölauslass in Verbindung mit dem zweiten radialen Durchgang enthalten. Das Schmierungsverteilerrohr kann einen zweiten Öleinlass in Verbindung mit dem ersten Ölauslass und einen ersten Schmierungsversorgungsdurchgang enthalten, der mit der Nockenwelle ausgerichtet ist.
Bei einer anderen Anordnung kann eine Motoranordnung einen Zylinderkopf, eine Nockenwelle, einen Lagerdeckel und ein Schmierungsverteilerrohr enthalten. Der Zylinderkopf kann erste und zweite Nockenlageroberflächen und einen ersten Öleinlass definieren, der sich durch die erste Nockenlageroberfläche hindurch erstreckt. Die Nockenwelle kann erste und zweite Nockenbuckel, eine erste Lagerzapfenregion und eine zweite Lagerzapfenregion enthalten. Die erste Lagerzapfenregion kann zwischen dem ersten und zweiten Nockenbuckel angeordnet sein und kann an der ersten Nockenlageroberfläche gelagert sein. Die zweite Lagerzapfenregion kann von der ersten Lagerzapfenregion axial beabstandet sein und an der zweiten Nockenlageroberfläche gelagert sein. Die Nockenwelle kann eine axiale Bohrung, einen ersten radialen Durchgang und einen zweiten radialen Durchgang definieren. Der erste radiale Durchgang kann sich von der axialen Bohrung durch einen Außenumfang der ersten Lagerzapfenregion hindurch erstrecken und kann mit dem ersten Öleinlass in Verbindung stehen. Der zweite radiale Durchgang kann sich von der axialen Bohrung durch einen Außenumfang der zweiten Lagerzapfenregion hindurch erstrecken und kann einen Auslass aufweisen, der zwischen einer Spitze des ersten Nockenbuckels und einer Stelle angeordnet ist, die der Spitze in eine Drehrichtung des ersten Nockenbuckels um eine Neunzig-Grad-Drehung vorauseilt. Der Lagerdeckel kann am Zylinderkopf befestigt sein und kann einen ersten Ölauslass in Verbindung mit dem zweiten radialen Durchgang enthalten. Das Schmierungsverteilerrohr kann an dem Lagerdeckel befestigt sein und kann einen zweiten Öleinlass in Verbindung mit dem ersten Ölauslass und einen ersten Schmierungsversorgungsdurchgang, der mit dem ersten Nockenbuckel axial ausgerichtet ist, enthalten.
Ein Verfahren zum Schmieren von Nockenwellenbuckeln in einer Motoranordnung kann umfassen, dass eine Strömung mit druckbeaufschlagtem Öl an eine axiale Bohrung in einer Nockenwelle bereitgestellt wird und dass eine Verbindung zwischen einem Schmierungsverteilerrohr und der axialen Bohrung während eines ersten Abschnitts jeder Nockenwellenumdrehung bereitgestellt wird. Die Nockenwelle kann durch das Schmierungsverteilerrohr geschmiert werden, wenn das Schmierungsverteilerrohr mit der axialen Bohrung in Verbindung steht, und die axiale Bohrung kann von einer Verbindung mit dem Schmierungsverteilerrohr während eines zweiten Abschnitts jeder Nockenwellenumdrehung isoliert sein.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Die Beschreibung und spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine erste fragmentarische Schnittansicht der Motoranordnung von 1;
3 ist eine zweite fragmentarische Schnittansicht der Motoranordnung von 1;
4 ist eine dritte fragmentarische Schnittansicht der Motoranordnung von 1; und
5 ist ein fragmentarischer Schnitt einer alternativen Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung.

In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile.
GENAUE BESCHREIBUNG
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken.
Mit Bezug auf 1 ist eine Motoranordnung 10 veranschaulicht. Die Motoranordnung 10 kann eine Motorstruktur 12, Auslass- und Einlassnockenwellen 14, 16, die an der Motorstruktur 12 drehbar gelagert sind, und ein Schmierungssystem 18 enthalten. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung ist die Motoranordnung 10 als ein Motor mit obenliegender Nockenwelle gezeigt. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Anordnungen mit obenliegenden Nockenwellen begrenzt ist.
Die Motorstruktur 12 kann einen Zylinderkopf 20 und einen Lagerdeckel 22 enthalten. Obwohl die vorliegende Offenbarung so veranschaulicht ist, dass sie einen Lagerdeckel aus einem Stück aufweist, versteht es sich, dass sie gleichermaßen auf Anordnungen zutrifft, die einzelne Lagerdeckel für jedes Nockenlager enthalten. Wie in 2 zu sehen ist, kann der Zylinderkopf 20 eine erste Nockenlageroberfläche 24 und einen ersten Öleinlass 26 enthalten, der mit einer Versorgung von druckbeaufschlagtem Öl in Verbindung steht und sich durch die erste Nockenlageroberfläche 24 hindurch erstreckt. Die erste Nockenlageroberfläche 24 kann eine ringförmige Ölnut 28 in Verbindung mit dem ersten Öleinlass 26 definieren.
Die Anordnung des Schmierungssystems 18 für die Auslass- und Einlassnockenwellen 14, 16 kann allgemein ähnlich sein. Daher wird das Schmierungssystem 18 zur Vereinfachung mit Bezug auf die Auslassnockenwelle 14 beschrieben mit dem Verständnis, dass die Beschreibung gleichermaßen auf die Einlassnockenwelle 16 zutrifft. Wie in 4 zu sehen ist, kann die Auslassnockenwelle 14 Lagerzapfenregionen 30, 32, 34, 36, 38 zwischen Paaren von Nockenbuckeln 40 enthalten.
Mit Bezug auf 2 - 4 kann die Nockenwelle 14 eine axiale Bohrung 42, erste radiale Durchgänge 44 (2) und zweite und dritte radiale Durchgänge 46, 47 (3 und 4) definieren. Die ersten radialen Durchgänge 44 können sich von der axialen Bohrung 42 weg und durch einen Außenumfang der Nockenwelle 14 bei der Lagerzapfenregion 34 hindurch erstrecken. Die ersten radialen Durchgänge 44 können umlaufend voneinander beabstandet sein. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung sind die ersten radialen Durchgänge 44 voneinander in Intervallen von neunzig Grad gleichmäßig voneinander beabstandet.
Der zweite radiale Durchgang 46 kann sich von der axialen Bohrung 42 weg und durch einen Außenumfang der Nockenwelle 14 bei der Lagerzapfenregion 32 hindurch erstrecken. Die Lagerzapfenregion 36 kann der Lagerzapfenregion 32 allgemein ähneln. Der Einfachheit halber wird daher die Lagerzapfenregion 36 nicht im Detail beschrieben mit dem Verständnis, dass die Beschreibung der Lagerzapfenregion 32 und der ersten Nockenlageroberfläche 24 gleichermaßen auf die Lagerzapfenregion 36 und die entsprechende Nockenlageroberfläche zutrifft.
Der Lagerdeckel 22 kann sich über die Lagerzapfenregionen 30, 32, 34, 36, 38 der Nockenwelle 14 erstrecken. Die Lagerdeckelregion 48, die sich über der Lagerzapfenregion 32 erstreckt, kann einen ersten Ölauslass 50 definieren. Der erste Ölauslass 50 kann sich von einer Lagerinnenfläche 52 der Lagerdeckelregion 48 zu einer Außenoberfläche 54 derselben erstrecken. Die Lagerdeckelregion 56, die sich über der Lagerzapfenregion 36 erstreckt, kann der Lagerdeckelregion 48 allgemein ähneln.
Das Schmierungssystem 18 kann Schmierungsverteilerrohre 58, 60 ( 1) enthalten. Die Schmierungsverteilerrohre 58, 60 können einander allgemein ähneln. Daher wird das Schmierungsverteilerrohr 58 im Detail beschrieben mit dem Verständnis, dass die Beschreibung gleichermaßen auf das Schmierungsverteilerrohr 60 zutrifft. Das Schmierungsverteilerrohr 58 kann an dem Lagerdeckel 22 befestigt sein und kann einen Innendurchgang 62, einen zweiten Öleinlass 63 (2 und 4) und Schmierungsversorgungsdurchgänge 64 definieren. Die Schmierungsversorgungsdurchgänge 64 können Ablauföffnungen im Schmierungsverteilerrohr 58 ausbilden. Der zweite Öleinlass 63 und die Schmierungsversorgungsdurchgänge 64 können jeweils mit dem Durchgang 62 in Verbindung stehen.
Der zweite Öleinlass 63 kann zusätzlich mit dem ersten Ölauslass 50 der Lagerdeckelregion 48 in Verbindung stehen. Das Schmierungsverteilerrohr 58 kann einen zusätzlichen Öleinlass (nicht gezeigt) in Verbindung mit einem Öldurchgang in der Lagerdeckelregion 56 enthalten. Das Schmierungsverteilerrohr 58 kann sich entlang einer Länge der Nockenwelle 14 erstrecken. Insbesondere kann das Schmierungsverteilerrohr 58 über der Nockenwelle 14 angeordnet sein und die Schmierungsversorgungsdurchgänge 64 können mit den Nockenbuckeln 40 der Nockenwelle 14 axial ausgerichtet sein.
Im Betrieb kann druckbeaufschlagtes Öl durch den Öleinlass 26 an das Schmierungsverteilerrohr 58 geliefert werden. Insbesondere kann druckbeaufschlagtes Öl zu der Nut 28 in der Nockenlageroberfläche 24 gelangen. Das Öl kann zu der axialen Bohrung 42 in der Nockenwelle 14 wandern, wenn die ersten radialen Durchgänge 44 mit der Ölnut 28 drehend ausgerichtet sind. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Anordnungen begrenzt ist, die eine Ölnut enthalten, und sie gleichermaßen auf Anordnungen ohne Nuten zutrifft, wo das Öl an die axiale Bohrung 42 geliefert wird, wenn die ersten radialen Durchgänge 44 mit dem ersten Öleinlass 26 ausgerichtet sind. Der Druck des Öls, das von dem ersten Öleinlass 26 geliefert wird, kann ausreichen, um die Zentrifugalkraft in den ersten radialen Durchgängen 44 zu überwinden, die aus einer Rotation der Nockenwelle 14 resultiert.
Das Öl kann durch die axiale Bohrung 42 zu den Lagerzapfenregionen 32, 36 der Nockenwelle 14 wandern, wo das Öl an das Schmierungsverteilerrohr 58 geliefert wird. Insbesondere kann das Öl an das Schmierungsverteilerrohr 58 durch eine Drehausrichtung zwischen dem zweiten radialen Durchgang 46 und dem ersten Ölauslass 50 geliefert werden. Die Zentrifugalkraft im zweiten radialen Durchgang 46, die aus einer Rotation der Nockenwelle 14 resultiert, kann das Öl zum Schmierungsdurchgang 62 drücken.
Der zweite radiale Durchgang 46 kann nur während eines Abschnitts jeder Umdrehung der Nockenwelle 14 mit dem ersten Ölauslass 50 ausgerichtet sein. Als Folge kann ein Motorölbedarf verringert werden, was eine kleinere Ölpumpe erforderlich macht. Bei einer alternativen Anordnung, die in 5 zu sehen ist, können die Mittellinien des zweiten radialen Durchgangs 146 und des ersten Ölauslasses 150 zueinander versetzt sein, wenn eine weitere Strömungsbegrenzung gewünscht wird.
Die Drehpositionierung des Auslasses des zweiten radialen Durchgangs 46 kann so angeordnet sein, dass er eine Schmierung an die Nockenbuckel 40 der Nockenwelle bereitstellt, wenn es angemessen ist. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann der Auslass des zweiten radialen Durchgangs 46 der Nockenwelle 14 zwischen einer Spitze eines benachbarten der Nockenbuckel 40 der Nockenwelle und einer Position, die in einer Drehrichtung der Nockenwelle 14 der Spitze um neunzig Grad vorauseilt, umlaufend angeordnet sein. Der Auslass des zweiten radialen Durchgangs 46 kann von einer Verbindung mit dem Schmierungsverteilerrohr während eines Rests jeder Nockenwellenumdrehung isoliert sein. Das Anordnen des Auslasses des zweiten radialen Durchgangs 46 auf diese Weise stellt eine Schmierung für die Spitze des Nockenwellenbuckels 40 vor einem Eingriff mit einem zugehörigen Ventilhubmechanismus (nicht gezeigt) bereit, während eine insgesamte Ölströmung begrenzt wird, wie vorstehend erörtert ist.

Claims

Motoranordnung (10), die umfasst: einen Zylinderkopf (20), der eine erste Nockenlageroberfläche (24) definiert, die einen ersten Öleinlass (26) aufweist, der sich durch diese hindurch erstreckt; eine Nockenwelle (14, 16), die an der ersten Nockenlageroberfläche (24) gelagert ist und definiert: eine axiale Bohrung (42); einen ersten radialen Durchgang (44), der sich von der axialen Bohrung (42) weg durch einen Außenumfang der Nockenwelle (14, 16) hindurch erstreckt und mit dem ersten Öleinlass (26) in Verbindung steht; und einen zweiten radialen Durchgang (46), der sich von der axialen Bohrung (42) weg durch einen Außenumfang der Nockenwelle (14, 16) hindurch erstreckt; einen Lagerdeckel (22), der an dem Zylinderkopf (20) befestigt ist und einen ersten Ölauslass (50) in Verbindung mit dem zweiten radialen Durchgang (46) enthält, wobei sich der erste Ölauslass (50) von einer Lagerinnenfläche (52) einer Lagerdeckelregion (48) zu einer Außenoberfläche (54) derselben erstreckt; und ein Schmierungsverteilerrohr (58, 60), das einen zweiten Öleinlass (63) in Verbindung mit dem ersten Ölauslass (50) und einen ersten Schmierungsversorgungsdurchgang (64), der mit der Nockenwelle (14, 16) ausgerichtet ist, enthält.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (14, 16) erste und zweite Nockenbuckel (40) und eine erste Lagerzapfenregion (34) enthält, die zwischen dem ersten (40) und zweiten (40) Nockenbuckel angeordnet ist, wobei die erste Lagerzapfenregion (34) an der ersten Nockenlageroberfläche (24) gelagert ist und den ersten radialen Durchgang (44) definiert.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Schmierungsversorgungsdurchgang (64) mit dem ersten Nockenbuckel (40) axial ausgerichtet ist.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei der Zylinderkopf (20) eine zweite Nockenlageroberfläche definiert und die Nockenwelle (14, 16) eine zweite Lagerzapfenregion (32) enthält, die von der ersten Lagerzapfenregion (34) axial beabstandet ist und an der zweiten Nockenlageroberfläche gelagert ist und den zweiten radialen Durchgang (46) definiert.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei ein Auslass des zweiten radialen Durchgangs (46) zwischen einer Spitze des ersten Nockenbuckels (40) und einer Stelle angeordnet ist, die in eine Drehrichtung des ersten Nockenbuckels (40) der Spitze um 90 Grad drehend vorauseilt.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (14, 16) einen Nockenbuckel (40) enthält, der eine Spitze definiert, und ein Auslass des zweiten radialen Durchgangs (46) innerhalb von 90 Grad von der Spitze angeordnet ist.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Nockenlageroberfläche (24) eine Ölnut (28) in Verbindung mit dem ersten Öleinlass (26) definiert und mit dem ersten radialen Durchgang (44) axial ausgerichtet ist.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei eine Mittellinie des ersten Ölauslasses (150) von einer Mittellinie des zweiten radialen Durchgangs (146) versetzt ist, wodurch eine Strömungsbeschränkung dazwischen bereitgestellt wird.
Motoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Schmierungsverteilerrohr (58, 60) am Lagerdeckel (22) befestigt ist.