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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit
den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
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Es
ist bekannt, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine variabel
mit unterschiedlichen Öffnungs-
und Schließzeitpunkten
sowie mit unterschiedlichen Ventilöffnungshüben zu betreiben. Eine derartige
Ventilsteuerung ist aus der
DE
42 30 877 A1 vorbekannt. Dabei ist auf einer Nockenwelle
drehfest aber axial verschiebbar ein Nockenwellenblock mit zwei
unterschiedlichen Nockenkonturen angeordnet. Entsprechend der Axialstellung
des Nockenblocks steht eine Nockenkontur über ein Zwischenglied (Übertragungshebel)
mit dem Hubventil in Wirkverbindung. Die Axialverschiebung des Nockenblocks
zur Änderung
der Ventilparameter erfolgt während
der Grundkreisphase entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder mittels eines
Druckringes.
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Aus
der
DE 35 20 859 A1 ist
eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer von der Kurbelwelle angetriebenen
Nockenwelle zur Betätigung
von Ein- und Auslassventilen vorbekannt. Auf der Nockenwelle sind
zwei unmittelbar nebeneinander in ihrer Nockenkontur unterschiedlich
gestaltete Nocken angeordnet, die jeweils unter Berücksichtigung
des Ventilspiels entsprechend ihrer Ausbildung den Öffnungs- und
Schließzeitpunkt
und den Öffnungshub
bestimmen. Beim Durchfahren des bei beiden Nocken gleichförmigen Nockengrundkreises
wird über
eine Schaltstange und einen Hebel ein verstellbares Zwischenstück derart
verschoben, dass wahlweise einer der beiden Nocken mit dem Ventil
in Wirkverbindung bringbar ist.
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Aus
der
DE 195 19 048
A1 ist ein variabler Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine vorbekannt, bei
dem auf der Nockenwelle ebenfalls zwei unmittelbar nebeneinander
in ihrer Nockenkontur unterschiedlich gestaltete Nocken angeordnet
sind. Die Änderung
des Nockeneingriffs erfolgt durch ein axiales Verschieben der Nockenwelle
mit den auf ihm befindlichen Nocken.
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Weiterhin
ist aus der
DE 195
20 117 C2 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorbekannt,
bei der auf der Nockenwelle drehfest ein axial verschiebbarer Nocken block
mit mindestens zwei unterschiedlichen Nockenbahnen angeordnet ist.
Die Verstellung des Nockenblocks erfolgt über ein Verstellorgan, das im
Inneren der Nockenwelle geführt
ist. Durch eine stirnseitig an der Nockenwelle angeordnete doppelt wirkende
hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit wird das
Verstellorgan im Inneren der Nockenwelle verschoben. Das Verstellorgan ist
mit einem Mitnahmestück
verbunden, das ein axial in der Nockenwelle angeordnetes Langloch
durchdringt und in eine Bohrung des Nockenblocks mündet.
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Nachteilig
bei dem zitierten Stand der Technik ist der hohe Bauraumbedarf,
der zur Verstellung des Nockenblocks benötigt wird. Diese Lösungen sind
deshalb nur einsetzbar bei verhältnismäßig großen Zylinderabständen, um
die entsprechenden Bauteile unterbringen zu können. Ein weiterer Nachteil
sind die beim Stellvorgang auftretenden hohen Massenkräfte, die
zum Verschieben der Nockenblöcke
oder der Verstellorgane benötigt
werden. Die Umschaltung auf eine entsprechende Nockenkontur kann
mit den im Stand der Technik genannten Lösungen meist nur zylinderselektiv
erfolgen. Eine ventilselektive Umschaltung ist nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb
für eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem bei einem geringen Bauaufwand
und bei geringen Schaltkräften über die Nocken
einer Nockenwelle der Öffnungs-
und Schließzeitpunkt
sowie der Hubverlauf der Hubventile veränderbar eingestellt werden
können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Durch
die Anordnung einer mittels einer Betätigungseinrichtung über die
Nockenkontur eines mit der Nockenwelle fest verbundenen Nockens
verschiebbaren zweiten Nockenkontur wird erreicht, dass bei geringem
Bauaufwand und aufzubringenden Schaltkräften eine Umschaltung der Ventilbetätigung auf
eine andere Nockenkontur erfolgt. Damit kann in Abhängigkeit
von den Betriebsparametern wie Drehzahl, Last oder Temperatur der
Brennkraftmaschine eine gezielte Anpassung des Verlaufs der Ventilhubkurve
und der Ventilsteuerzeiten über
die jeweilige Nockenkontur durchgeführt werden.
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Durch
die Verschiebung des nur zu ändernden
Teils der Nockenkontur zur Umschaltung auf eine andere Nockenkontur
treten nur kleine Massenkräfte zur
Realisierung des Stellvorganges auf. Dadurch wird der Bauraum für die Betätigungseinrichtung
zum Verschieben der zweiten Nockenkontur verringert, so dass die
zweite Nockenkontur und die dazugehörige Betätigungseinrichtung in dem Freigang
zwischen zwei Zylinderabschnitten integriert werden kann. Dabei
ist diese Lösung
auch für
kleine Zylinderabstände geeignet.
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Durch
die Anordnung beispielsweise einer Spindel innerhalb der hohl ausgebildeten
Nockenwelle, über
die in Verbindung mit der Betätigungseinrichtung
die Verstellung der zweiten Nockenkontur erfolgt, wird ebenfalls
der benötigte
Bauraumbedarf für
einen Nockenwechsel reduziert.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass beispielsweise
bei Anordnung von gehäusefest
angeordneten Stellmagneten oder einer axial verschiebbaren aber
drehfest am Gehäuse
angeordneten Schaltkulisse zur Betätigung der Betätigungseinrichtung
die zweite Nockenkontur für
jeden auf der Nockenwelle angeordneten ersten Nocken einzeln verstellt
werden kann. So kann bei Bedarf eine Umschaltung zwischen der ersten
und der zweiten Nockenkontur für
jedes Ventil des Zylinders einzeln, also ventilselektiv, erfolgen.
Damit ist eine weitere variable Einstellbarkeit des Ventiltriebs für Brennkraftmaschinen
gegeben.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, dass die Umstellung von einer Nockenkontur auf eine
andere Nockenkontur unabhängig
vom Öldruck
und der Öltemperatur der
Verbrennungsmaschine erfolgen kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
In den dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung, bei der eine zweite Nockenkontur
wirksam ist,
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2:
eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung, bei der eine erste Nockenkontur
wirksam ist,
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3:
eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung gemäß 1 und
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4:
eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung gemäß 2.
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Der
in 1 teilweise gezeigte Ventiltrieb weist eine Nockenwelle 1 auf,
die von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben
wird. Die Nockenwelle 1 weist einen oder mehrere Nocken 8 auf,
die Bestandteile der Nockenwelle 1 sind. Die jeweiligen
Nocken 8 werden durch ein Grundkreisprofil 3 und
eine Nockenkontur 2 gebildet.
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Erfindungsgemäß ist über die
Nockenkontur 2 der Nocken 8 verschiebbar eine
zweite Nockenkontur 4 angeordnet, wobei die Verschiebung
der Nockenkontur 4 mittels einer fest mit der Nockenkontur 4 verbundenen
Betätigungseinrichtung 6 erfolgt.
Dabei entspricht die Innenkontur der Nockenkontur 4 der
Außenkontur
der Nockenkontur 2 des Nockens 8. Die Nockenkontur 4 ist
derart ausgebildet, dass bei einer über die Nockenkontur 2 verschobenen
Nockenkontur 4 ein nahezu ansatzloser Übergang zwischen dem Grundkreisprofil 3 des
Nockens 8 und der Nockenkontur 4 entsteht. In 1 ist
eine über
die Nockenkontur 2 des Nockens 8 verschobene drehfest
mit der Nockenwelle 1 verbundene Nockenkontur 4 dargestellt.
Dabei steht die Außenkontur
der Nockenkontur 4 und das Grundkreisprofil 3 des
Nockens 8 über
Zwischenglieder oder in direkter Wirkverbindung mit einem jeweiligen
Ventil des Zylinders der Brennkraftmaschine. In dieser, in 1 und 3 dargestellten,
Schaltposition wird eine maximale Huböffnung des jeweiligen Ventils
erreicht. Die maximale Nockenerhebung der Nockenkontur 4 kann
zur Einstellung des Hubverlaufs auch gegenüber der maximalen Nockenerhebung
der Nockenkontur 2 verschoben sein. So wird bei einer Anordnung der
maximalen Nockenerhebung der Nockenkontur 4 nach der maximalen
Nockenerhebung der Nockenkontur 2 das Auslassventil des
Verbrennungsmotors beim Ansaugprozess geöffnet, so dass noch Abgas in
den Zylinder zur Verbrennung zurückgeführt werden
kann. Bei einer Anordnung der maximalen No ckenerhebung der Nockenkontur 4 vor
der maximalen Nockenerhebung der Nockenkontur 2 kann zum Abkühlen Abgas
in den Einlasskanal zurückgeführt werden,
das bei erneuter Öffnung
des Einlassventils wieder dem Brennraum zugeführt wird.
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In
der 2 und 4 ist die Nockenkontur 4 gegenüber dem
Nocken 8 verschoben dargestellt, so dass die Nockenkontur 2 und
das Grundkreisprofil 3 des Nockens 8 über Zwischenglieder
oder in direkter Wirkverbindung mit einem jeweiligen Ventil des Zylinders
der Brennkraftmaschine steht. In dieser Schaltposition wird eine
minimale Huböffnung
des jeweiligen Ventils erreicht. Zur Nullhubeinstellung des Ventils
entspricht die Nockenkontur 2 des Nockens 8 dem
Grundkreisprofil 3. Das Ventil führt dabei keine Hubbewegungen
aus. Die Pfeile in den 1 bis 4 geben
die jeweilige mögliche
Verschiebungsrichtung der Nockenkontur 4 gegenüber den
Nocken 8 an. In vorteilhafter Weise erfolgt in der in 2 und 4 dargestellten
Position noch eine geringfügige Überdeckung
der Nockenkontur 2 durch die zweite Nockenkontur 4.
Dieses dient dazu, dass eine Verkantung der zweiten Nockenkontur 4 beim
Verschieben über
die Nockenkontur 2 vermieden wird.
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Durch
die Verschiebung der Nockenkontur 4 können somit zwei unterschiedliche
Nockenbahnen zur Steuerung des Öffnungs-
und Schließzeitpunkts sowie
des Hubverlaufs des zugehörigen
Ventils genutzt werden. Der Schaltvorgang zum Verschieben der Nockenkontur 4 erfolgt
in einem Bereich, in dem sich das Ventil bzw. das Zwischenglied
im direkten Kontakt mit dem Grundkreisprofil 3 befindet.
Eine Verschiebung der Nockenkontur 4 erfolgt in Abhängigkeit
von jeweilig vorliegenden Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine
und wird über
eine an sich bekannte Motorsteuerung gesteuert.
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Die
mit der Nockenkontur 4 fest verbundene Betätigungseinrichtung 6 durchdringt
ein axial verlaufendes Langloch 9, das in der hohl ausgebildeten
Nockenwelle 1 angeordnet ist. In der hohl ausgebildeten Nockenwelle 1 ist
eine drehbare Spindel 5 angeordnet, die in Lagern geführt wird.
Die Spindel 5 ist mit Gewindeabschnitten 7 versehen,
die in Wirkverbindung mit der Betätigungseinrichtung 6 zum
Verstellen der Nockenkontur 4 steht. Entsprechend der in den
Zeichnungen dargestellten Anordnung der Betätigungseinrichtung 6 und
der Nockenkontur 4 sind die Gewindeabschnitte 7 mit
einem jeweils gegenläufigen
Gewinde versehen. Die Verstellung der Nockenkontur 4 erfolgt
entsprechend ihrer jeweiligen Ausgangsstellung durch Abbremsen oder
Beschleunigen der Drehzahl der Spindel 5 gegenüber der
Drehzahl der Nockenwelle 1. Es ist aber durchaus möglich, dass
bei entsprechender Baufreiheit eine oder beide Betätigungseinrichtungen 6 und
die dazugehörige zweite
Nockenkontur 4 zwischen den beiden Nocken 8 angeordnet
sind. Wenn nur eine Betätigungseinrichtung 6 und
die dazugehörige
Nockenkontur 4 innerhalb der beiden Nocken 8 und
die andere Betätigungseinrichtung 6 und
die dazugehörige
Nockenkontur 4 außerhalb
des anderen Nockens 8 angeordnet ist, können die beiden Gewindeabschnitte 7 mit einem
gleichläufigen
Gewinde versehen werden. Die Verstellung der Betätigungseinrichtung 6 mit
der Nockenkontur 4 mittels der Spindel 5 erfolgt
vorzugsweise für
Nocken 8 ohne Winkelversatz, zum Beispiel beim Einsatz
von Einzylindermotoren.
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Eine
Variante zur Verstellung der Betätigungseinrichtung 6 sieht
vor, dass die Nockenkontur 4 und die Betätigungseinrichtung 6 in
Wirkverbindung mit einem nicht dargestellten gehäusefest auf der vom Ventil
abgewanden Seite um die Nockenwelle 1 angeordneten Stellmagneten
steht. Die Anordnung von Stellmagneten, die ein Verschieben der
Betätigungseinrichtung 6 auf
einer innerhalb der Nockenwelle 1 angeordneten Lagerwelle
ermöglichen, ist
besonders vorteilhaft bei einer ventilselektiven Nockenverstellung.
Durch die einzeln ansteuerbaren Stellmagneten kann für jeden
auf der Nockenwelle 1 angeordneten Nocken 8 bei
Bedarf eine Umschaltung zwischen der Nockenkontur 2 und 4 für jedes Ventil
des Zylinders einzeln erfolgen, wodurch die Variabilität der Einstellbarkeit
des Ventiltriebs für
Brennkraftmaschinen weiter erhöht
wird.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Verstellung der Betätigungseinrichtung 6 besteht
darin, dass die Nockenkontur 4 und die Betätigungseinrichtung 6 in Wirkverbindung
mit einer nicht dargestellten auf der vom Ventil abgewanden Seite
um die Nockenwelle 1 angeordneten Schaltkulisse steht,
die axial verschiebbar aber drehfest am Gehäuse angeordnet ist. Auch bei
dieser Lösung
erfolgt vorteilhafter Weise die Abstützung der Betätigungseinrichtung 6 und
der Nockenkontur 4 auf einer in der hohl ausgebildeten
Nockenwelle 1 angeordneten Lagerwelle.
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Die
Verstellung der Betätigungseinrichtung 6 mit
der Nockenkontur 4 über
die Stellmagneten oder über
die Schaltkulisse erfolgt vorzugsweise für den Einsatz an Mehrzylindermotoren,
wobei bei Bedarf eine ventilselektive Verstellung durchgeführt werden kann.
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nockenkontur
des Nockens 8
- 3
- Grundkreisprofil
- 4
- Nockenkontur
- 5
- Spindel
- 6
- Betätigungseinrichtung
- 7
- Gewindeabschnitt
- 8
- Nocken
- 9
- Langloch