Die Nockenwelle ist ein wichtiges Teil im Ventiltrieb eines Automotors. Die konstruktive Gestaltung und Verarbeitungsqualität der Nockenwelle wirken sich direkt auf die Leistung des Motors aus. In den letzten Jahren wurden aufgrund der Erfordernisse des Umweltschutzes Motoren mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringer Umweltverschmutzung entwickelt. Um das Problem der umweltfreundlichen Autoabgasemissionen zu lösen und eine hohe Motordrehzahl und eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen, verwenden viele Motoren variable Ventilhubstrukturen mit mehreren Ventilen und Ventilphasen, was die Belastung der Ventilfedern erhöht. Gleichzeitig wird zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und des Reibungsverlusts eine Rollenstruktur zwischen dem Nocken und dem Kipphebel verwendet, und die Kontaktfläche zwischen dem Nocken und der Rolle bildet einen Hochdruckbereich, der die Stabilität beeinträchtigt Nockenwellenbewegung, dynamisches Gleichgewicht, Verschleißfestigkeit und Torsionsfestigkeit. höhere Anforderungen stellen. Außerdem sollten, um den Zweck des geringen Gewichts und niedriger Kosten von Automobilen zu erreichen, ohne die Leistungsanforderungen jedes Teils zu beeinträchtigen, die Teile so weit wie möglich vereinfacht werden, das Gewicht sollte reduziert werden und die Verwendung von Materialien sollte sein vernünftiger.
Im Allgemeinen entspricht bei einem Reihenmotor ein Nocken einem Ventil. Ein V-Motor oder Boxermotor teilt sich eine Nocke für jeweils zwei Ventile. Der Wankelmotor und der ventillose Motor benötigen aufgrund ihres speziellen Aufbaus keinen Nocken.
Um ein geringes Gewicht, eine einfache Verarbeitung und niedrige Kosten sowie eine hohe Motordrehzahl und eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen, muss das Design von Motorkomponenten, insbesondere von Nockenwellen, überdacht werden, was eine kompakte Bauweise, eine hohe Konzentration in Funktionen, leicht und in der Lage, einem höheren Anpressdruck standzuhalten. In der aktuellen Nockenwellenanwendung wurde die Zylinderkopfschmierung auf die hohle Nockenwelle konzentriert, die Antriebskomponenten der Kraftstoffpumpe, die die Direkteinspritzung in den Zylinder realisieren, sind auf der Nockenwelle implementiert, und das VVT (Variable Timing Valve) ist auf der Nockenwelle implementiert . am Ende verwendet. Im Ventiltrieb sind die Leistungsanforderungen für jedes Teil der Nockenwelle unterschiedlich. Das Nocken- und Kraftstoffpumpen-Antriebsrad muss widerstandsfähig gegen Verschleiß, Anhaftung und Lochfraß sein; für den Zapfen ist eine gute Gleitleistung erforderlich; für die Welle erfordert es eine gute Steifigkeit, Biege- und Torsionsleistung.
Mit der Entwicklung leichtgewichtiger Automobile entwickeln sich Nockenwellen in Richtung leichtgewichtiger, hochkonzentrierter Funktionen und niedriger Kosten, und die Vorteile des Zusammenbaus von Nockenwellen werden allmählich von den Menschen erkannt und akzeptiert.
Die Welle und der Nocken einer vorgefertigten Nockenwelle werden separat hergestellt und dann zusammengebaut. Der Nocken besteht im Allgemeinen aus Kohlenstoffstahl oder pulvermetallurgischem Material, der Zapfen besteht aus pulvermetallurgischen Teilen oder das auf den Dorn konzentrierte Stahlrohr, und der Dorn besteht aus einem kaltgezogenen, dünnwandigen, nahtlosen Stahlrohr. Nocken aus Kohlenstoffstahl können einer Hochfrequenz-Abschreck- oder Aufkohlungsbehandlung unterzogen werden und weisen eine hohe Beständigkeit gegen Adhäsion und Lochfraßkorrosion auf.
Konstruktiv kann die gebaute Nockenwelle mit schmaler Nockenbreite und kleinem Abstand ausgeführt werden und die Anordnung der Nocken ist sehr kompakt. Im Vergleich zur herkömmlichen Nockenwelle hat sie die Vorteile eines geringen Gewichts, geringer Bearbeitungskosten und einer vernünftigen Materialausnutzung, und das Gewicht wird gegenüber der Vollwellennockenwelle um bis zu 45 Prozent reduziert.
Die Schlüsseltechnologie der gebauten Nockenwelle ist die Verbindungsmethode, und der Herstellungsprozess und die Ausrüstung werden durch die verschiedenen Verbindungsmethoden bestimmt. Die gebaute Nockenwelle begann in den 1980er Jahren, und die erste Entwicklung war die geschweißte Nockenwelle. Mitte der -1980er Jahre wurde die Sinterverbindungsnockenwelle in Gebrauch genommen, und im gleichen Zeitraum erschien die Nockenwelle, die im Expansionsverfahren hergestellt wurde. Ende der 1990er Jahre begann die Entwicklung gerändelter Nockenwellen. Hergestellte Nockenwellenherstellungstechniken werden ständig aktualisiert, wenn neue Verbindungsmethoden auftauchen.
Schweißverbundene Nockenwellen neigen während des Schweißens zu thermischer Verformung, was die Maßhaltigkeit der Nockenwellen verringert, und starke thermische Veränderungen neigen auch zu Rissen in den geschweißten Teilen, was es schwierig macht, die Qualität zu garantieren. , Der Nocken muss durch Diffusion in der flüssigen Phase mit dem Stahlrohr verbunden werden. Dieser Prozess muss in einem Sinterofen über 1000 Grad C durchgeführt werden. Bei hoher Temperatur neigt der Schaft zum Verbiegen, was zu Maßgenauigkeitsfehlern führt, und während des Sinterns gibt es Einschränkungen in der Leistung des Materials. , erfordert einen großen Sinterofen und der thermische Wirkungsgrad ist nicht hoch; Die Expansionsmethode lässt zuerst den Nocken und das Stahlrohr zusammenwirken und fügt dann eine hydraulische oder mechanische Expansion von der Innenseite des Rohrs hinzu. Um dem Innendruck des Expansionsrohres standzuhalten, muss die Nockenwand eine gewisse Dicke aufweisen. Die Verrohrung ist einfach auszuführen, es müssen dünnwandige Stahlrohre verwendet werden, und aufgrund der besonderen Anforderungen im Hochdruckbetrieb ist auch die Ausrüstung groß; Obwohl das Warm- und Kaltpressverbindungsverfahren bei der Herstellung mechanischer Teile weit verbreitet ist, ist es möglicherweise nicht für die Herstellung von Nockenwellen geeignet. , denn wenn der Nocken mit der Wellenwärmehülse verbunden wird, wird der Nocken erhitzt, was zu einer Erweichung führt, und es ist schwierig, die Verschleißfestigkeit während der Reibung sicherzustellen. Viele Nocken leiten beim Arbeiten Wärme zum Wellenende und stellen so die Verbindung zwischen Anfang und Ende der Arbeit her. Wenn sich die Menge ändert, kann der Verbindergrad nicht konstant gehalten werden; Die Rändelmethode hat bestimmte Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Ausrüstung, Energieverbrauch usw.
Die Weiterentwicklung der kombinierten Nockenwelle wird sich auf die Entwicklung von Materialien und die Optimierung von Verarbeitungstechniken konzentrieren. Der Markt entwickelt und verwendet derzeit verstärkt Verbundwerkstoffe, wie z. B. keramische Werkstoffe, zur Herstellung von Nockenwellen. MAHLE arbeitet an der Entwicklung erweiterter Funktionen für die kombinierte Nockenwelle. So gewinnt beispielsweise auch die Integration von Kraftstoffpumpenansteuerung und Sensorkomponenten an Bedeutung. Die Synchronisierung der Einlass- oder Auslassnockensegmente bei SOHC-Nockenwellen wird mit der MAHLE CamInCam™ verschachtelten Nockenwellen erreicht.
Gebaute Nockenwellen entwickeln sich derzeit rasant weiter und werden vor allem in Hochleistungsmotoren eingesetzt. Mit der Verbesserung der Produktionstechnologie von zusammengebauten Nockenwellen werden zusammengebaute Nockenwellen mit besserer Leistung, niedrigeren Kosten und diversifizierten Technologien entstehen.
