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Die vorliegende Erfindung betrifft eine gebaute Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine mit einem äußeren Nockenwellenhohlkörper und einem innerhalb des äußeren Nockenwellenhohlkörpers angeordneten und gegen diesen um einen vorbestimmten Winkel verdrehbar gelagerten inneren Nockenwellenkörper. Dabei weist die Nockenwelle zumindest zwei verschiedene Nockenelemente auf, welche über die relativ zueinander verdrehbaren Nockenwellenkörper zumindest in Teilen ebenfalls relativ gegeneinander verdrehbar sind.
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Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen ist es wünschenswert, das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassgaswechselventile variabel gestalten zu können. Auf diese Weise kann die entsprechende Steuerung der Gaswechselventile in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend zielgerichtet gesteuert werden, um ein optimiertes Verhalten der Gaswechselventile zu erreichen.
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Aus der
DE 42 40 631 A1 bzw. aus der
EP 0 582 846 A1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest zwei Gaswechselventilen pro Zylinder bekannt, wobei die den jeweiligen Gaswechselventilen zugehörigen bzw. zugeordneten Nockenelemente sich auf konzentrisch zueinander angeordneten Nockenwellen befinden. Durch die konzentrisch zueinander angeordneten Nockenwellen und die unterschiedlichen Nockenelemente, die jeweils mit unterschiedlichen Nockenwellen entsprechend drehfest verbunden sind, kann durch die Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander eine entsprechende Verdrehung der Nockenelemente zueinander und damit eine entsprechende Ansteuerung der Gaswechselventile bzw. ein entsprechendes Verhalten der Brennkraftmaschine erreicht werden. Neben dieser Relativverdrehung einzelner Nockenelemente gegeneinander ist weiterhin die Verdrehung der gesamten Nockenwelle – sprich der beiden konzentrisch zueinander angeordneten Nockenwellenkörper gemeinsam im Verhältnis zur Winkellage der Kurbelwelle – möglich. Hierdurch kann eine weitere Optimierung der Gaswechselventilsteuerung im Hinblick auf eine gewünschte Kraftstoffreduzierung und/oder Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine erreicht werden. Nachteil bei einer derartigen Anordnung ist die relativ aufwendige mechanische Konstruktion zur Verstellung von innerer zu äußerer Nockenwelle bzw. zur Verstellung der Gesamtnockenwelle im Verhältnis zur Kurbelwelle. Weitere Nachteile derartiger Konstruktionen sind der erforderliche größere Bauraum sowie die im Vergleich erhöhten Kosten.
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Des Weiteren ist aus der
EP 1 500 797 A1 eine Nockenwelle mit sogenannten Spreiznocken bekannt, bei der mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Teilnocken eines Nockenelements durch die Verdrehung einer konzentrisch im Inneren einer äußeren Nockenhohlwelle gelegenen inneren Nockenwelle erreicht wird. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung von Nockenelementen als sogenannte Spreiznocken kann die Öffnungsdauer der Ventile, d. h. der Zeitpunkt des Öffnens und/oder des Schließens der Gaswechselventile sowie die Dauer der Ventilüberschneidung bei konstantem Hub beeinflusst werden. Wenn eine lange Ventilöffnungsdauer gewünscht ist, werden die Teilnocken in eine Stellung zueinander gebracht in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen nebeneinander liegen (Nockenelement durch Verdrehung der Teilnocken gespreizt). Dadurch lässt sich die Wirkung eines breiten oder steileren, d. h. in Umfangsrichtung ausgedehnten Nockens erzielen. Das Verbreitern des Nockenelementes kann zudem zu einer größeren Überschneidung von Einlass- und Auslassventil führen. Wird dagegen eine kürzere Ventilöffnungsdauer gewünscht, werden die Teilnocken in eine Stellung zueinander gebracht, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen im Wesentlichen hintereinander angeordnet sind (Nockenelement nicht gespreizt). Dadurch lässt sich die Wirkung eines schmaleren, d. h. in Umfangsrichtung eng begrenzten Nockens/Nockenelements erzielen.
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Eine Steigerung der Variabilität der Ventilsteuerung ist nur durch die zusätzliche Verstellung der gesamten Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle mit Hilfe eines zweiten Nockenwellenverstellers möglich. Dies erhöht zum einen die Kosten und verschlechtert zum anderen die Einbausituation im Hinblick auf eine Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Nockenwelle zu schaffen, durch die zum einen eine möglichst variable Ansteuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine ermöglicht wird und bei der zum anderen ein möglichst geringer Aufwand im Hinblick auf die Verstellung der Nockenelemente zueinander realisiert ist. Mit Vorteil sollen durch einen möglichst einfachen konstruktiven Aufbau die Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen reduziert und der erforderliche Bauraum minimiert werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die gebaute Nockenwelle zumindest zwei separate Nockenelemente umfasst, über welche die Ansteuerung von einlassseitigen oder auslassseitigen Gaswechselventilen einer gemeinsamen Zylinderbrennkammer erfolgt. Erfindungsgemäß ist ein erstes Nockenelement in seiner Gesamtheit drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper verbunden und relativ zu dem äußeren als Nockenwellenhohlkörper ausgebildeten Nockenwellenkörper verdrehbar angeordnet ist und dass ein zweites Nockenelement zumindest zwei relativ gegeneinander verdrehbare Teilnockenelemente aufweist derart, dass ein erstes Teilnockenelement drehfest auf dem äußeren Nockenwellenhohlkörper angeordnet und ein zweites Teilnockenelement drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper verbunden und relativ zu dem äußeren Nockenwellenhohlkörper verdrehbar angeordnet ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die zumindest zwei verschiedenen Nockenelemente derart axial beabstandet auf der Nockenwelle angeordnet, dass durch das zumindest eine erste Nockenelement eine einlassseitige Ansteuerung von zumindest einem ersten Gaswechselventil einer Zylinderbrennkammer der Brennkraftmaschine ermöglicht ist und dass durch das zumindest eine zweite Nockenelement eine einlassseitige Ansteuerung von zumindest einem zweiten Gaswechselventil derselben Zylinderbrennkammer der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Es ist des Weiteren denkbar, dass die zumindest zwei verschiedenen Nockenelemente derart axial beabstandet auf der Nockenwelle angeordnet sind, dass durch das zumindest eine erste Nockenelement eine auslassseitige Ansteuerung von zumindest einem ersten Gaswechselventil einer Zylinderbrennkammer der Brennkraftmaschine ermöglicht ist und dass durch das zumindest eine zweite Nockenelement eine auslassseitige Ansteuerung von zumindest einem zweiten Gaswechselventil derselben Zylinderbrennkammer der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Mittels vorgenannter Ausführungsformen werden mit Vorteil immer zwei einlassseitige oder zwei auslassseitige Gaswechselventile einer gemeinsamen Zylinderbrennkammer durch zwei axial benachbart auf der gemeinsamen Nockenwelle angeordnete verschiedene Nockenelemente erster und zweiter Bauart (und Anbindung an die Nockenwelle) (erstes Nockenelement und zweites Nockenelement) betätigt bzw. stehen mit diesen in Wechselwirkung.
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Nicht vom Anspruchswortlaut erfasst ist eine Ausführungsformen, gemäß welcher das zumindest eine erste Nockenelement dem zumindest einen Gaswechselventil einer ersten Zylinderbrennkammer zuzuordnen ist und das zumindest eine zweite Nockenelement dem zumindest einen Gaswechselventil einer anderen Zylinderbrennkammer zuzuordnen ist.
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In jedem Fall ist die entsprechende Zuordnung sowohl einlassseitig als auch auslassseitig möglich. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nockenwelle die im Wesentlichen durch die Ausgestaltung der unterschiedlichen ersten und zweiten Nockenelemente bzw. deren Anordnung an dem Nockenwellenhohlkörper bzw. dem inneren Nockenwellenkörper realisiert ist, um weitere Nockenelemente wie etwa zumindest ein Nockenelement einer dritten Art (auch als drittes Nockenelement bezeichnet) erweitert werden. Beispielsweise kann das dritte Nockenelement in seiner Gesamtheit drehfest auf dem äußeren Nockenwellenhohlkörper angeordnet sein.
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Zur Relativverdrehung der beiden Nockenwellenkörper zueinander ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche in einer ersten Ausführungsform beispielsweise rotatorisch auf den äußeren Nockenwellenhohlkörper und/oder den inneren Nockenwellenkörper wirkt oder welche in einer anderen Ausführungsform insbesondere translatorisch auf den inneren Nockenwellenkörper wirkt und hierdurch eine entsprechende Relativverdrehung zum äußeren Nockenwellenhohlkörper bewirkt. Schließlich kann eine zweite Antriebseinrichtung zur Verdrehung der Gesamtnockenwelle relativ zur Position der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehen sein.
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In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Nockenelement der zweiten Art (Nockenelement mit zumindest zwei relativ gegeneinander verdrehbaren Teilnockenelementen) derart ausgebildet, dass die beiden Teilnockenelemente eine unterschiedliche maximale Hubhöhe aufweisen und der Nockenspitzenabschnitt des Teilnockens mit der geringeren maximalen Hubhöhe einen durch einen Kreisbogenabschnitt gebildeten Nockenkonturabschnitt maximaler Hubhöhe aufweist. Bezüglich der Funktion und konstruktiven Ausgestaltung des mehrteilig ausgebildeten Nockenelements wird an dieser Stelle ausdrücklich der Offenbarungsgehalt der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung, die als
DE 10 2009 041 426 A1 offengelegt wurde, in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Nockenelement der dritten Art durch ein mehrteilig ausgebildetes Nockenelement gemäß der DE 10 2009 041 426 A1 ausgeführt bzw. vorhanden sein, wobei diese Ausführungsform nicht von dem Anspruchswortlaut erfasst ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer derart gebauten Nockenwelle, wobei bezüglich zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine zumindest ein erstes Nockenelement und ein zweites Nockenelement einlass- oder auslassseitig mit einem Gaswechselventil ein und derselben Zylinderbrennkammer der Brennkraftmaschine zusammen wirken.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungsfiguren.
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Es zeigen:
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1a, 1b den Ventilhubverlauf eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine über dem Kurbelwellenwinkel bei einer Ansteuerung mit einer Nockenwelle gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik,
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2a, 2b den Ventilhubverlauf eines Gaswechselventils über den Kurbelwellenwinkel bei einer Ansteuerung mit einer Nockenwelle gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik (Spreiznocken), und
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3a, 3b den Ventilhubverlauf eines Gaswechselventils über dem Kurbelwellenwinkel, welches mit einer Nockenwelle gemäß der Erfindung angesteuert wurde, und
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3c die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Nockenwelle in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung in einer möglichen Ausführungsform.
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Im Ventilhubdiagramm (Ventilhub h über Kurbelwellenwinkel CRA) gemäß
1a sind die Ventilhubverläufe (AV1, AV2; EV1, EV2) zweier Auslassventile (linke Kurve(n)) und zweier Einlassventile (rechte Kurve(n)) bei nicht gegeneinander verdrehten Nockenwellenkörpern bzw. Nockenelementen dargestellt, so dass sich beispielsweise ein für einen Volllastbetrieb geeigneter Ventilhubverlauf (AV1, AV2) der auslassseitigen Gaswechselventile einstellt. Werden die Gaswechselventile nunmehr mit einer Nockenwelle gemäß dem Stand der Technik (
DE 42 40 631 A1 ) angesteuert, wobei zumindest die auslasseitigen Gaswechselventile durch Relativverdrehung der beiden die beiden Auslassventile ansteuernden Nockenelemente nunmehr verändert angesteuert werden, stellt sich bei Verdrehung der Nockenwellenkörper (Verdrehung des inneren Nockenwellenkörpers relativ zu dem konzentrischen äußeren Nockenwellenhohlkörper) ein Ventilhubverlauf (wie er beispielsweise für einen Teillastbetrieb vorgesehen sein könnte) gemäß
1b ein. Gemäß dem Ventilhubverlauf von
1b behält ein erstes Auslassgaswechselventil seine Ventilhubkurve (AV1) im Hinblick auf Hub und Phase bei, während das zweite Auslassventil durch die Relativverdrehung der beiden Nockenelemente zueinander eine Phasenverschiebung zum ersten Ventilhubverlauf einnimmt (siehe Ventilhubverlauf AV2 in Bezug auf den abszissenseitig aufgetragenen Kurbelwellenwinkel CRA). Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Einlassventile über unveränderbare, feststehende Nockenelemente angesteuert, so dass keine zusätzliche Phasenverschiebung der beiden Ventilhubverläufe zueinander zu erkennen ist bzw. sich einstellt.
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Gemäß
2a ist der Ventilhubverlauf (AV1, AV2) von zwei auslassseitigen Gaswechselventilen (linke Hubkurve(n)) und der Ventilhubverlauf (EV1, EV2) von zwei Einlassventilen (rechte Ventilhubkurve(n)) dargestellt. Dargestellt ist (in Analogie zu den Darstellungen in den
1 und
3) die Ansteuerung von zwei auslassseitigen Gaswechselventilen und zwei einlassseitigen Gaswechselventilen einer gemeinsamen Zylinderbrennkammer einer Brennkraftmaschine. Werden die Gaswechselventile nunmehr über eine Nockenwelle gemäß dem weiteren eingangs beschriebenen Stand der Technik (
EP 1 500 797 A1 ) angesteuert, wobei zumindest die beiden auslassseitigen Gaswechselventile über einen derartigen Spreiznocken angesteuert werden und dieser Spreiznocken durch Relativverdrehung von Innenwelle zu Außenwelle entsprechend aufgespreizt wird, stellt sich der Ventilhubverlauf gemäß
2b ein.
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Gemäß 3c ist ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung der konstruktive Aufbau einer erfindungsgemäßen Nockenwelle 1 in einer möglichen Ausführungsform dargestellt. Beispielhaft sind ausschnittsweise zwei auf einer konzentrisch aufgebauten Nockenwelle 1 angeordnete Nockenelemente NE1 und NE2 zur Ansteuerung von zwei Gaswechselventilen (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Nockenelemente NE1, NE2 derart zueinander auf der Nockenwelle 1 angeordnet, dass über sie die Ansteuerung von einlass- oder auslassseitigen Gaswechselventilen einer gemeinsamen Zylinderbrennkammer erfolgt. Dabei ist das erste Nockenelement NE1 als ungeteilter, einteiliger Nocken ausgebildet und drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper NW1 und relativ zu dem äußeren Nockenwellenhohlkörper NW2 verdrehbar angeordnet. Hierfür ist das erste Nockenelement NE1 über einen Stift S1 drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper NW1 verbunden, wobei der Stift S1 durch eine teilumfänglich verlaufende Schlitzöffnung im Nockenwellenhohlkörper NW2 (– die mindestens dem Verstellwinkel zwischen innerem Nockenwellenkörper NW1 und äußerem Nockenwellenhohlkörper NW2 entspricht –) verläuft.
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Das axial beabstandete benachbart angeordnete zweite Nockenelement NE2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Vorteil zweiteilig ausgeführt, wobei ein erstes Teilnockenelement NE2.1 drehfest (und insbesondere auch verschiebefest) auf dem äußeren Nockenwellenkörper (Nockenwellenhohlkörper) NW2 und ein zweites Teilnockenelement NE2.2 drehfest über eine Stiftverbindung (analog zu der Anbindung des ersten Nockenelements NE1 an den inneren Nockenwellenkörper NW1) mit dem inneren Nockenwellenkörper NW1 verbunden ist. Erfolgt nun die Ansteuerung bzw. Betätigung von auslassseitigen Gaswechselventilen einer gemeinsamen Zylinderbrennkammer durch die erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwelle 1 stellt sich ein Ventilhubverlauf (AV1, AV2) gemäß den 3a und 3b ein.
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Dabei ist in 3a der Ventilhubverlauf (AV1, AV2) über dem Kurbelwellenwinkel CRA für den Fall dargestellt, dass der Nockenwellenkörper NW1 und der Nockenwellenhohlkörper NW2 relativ zueinander nicht verdreht bzw. in einer definierten Grundposition eingestellt sind. Werden über eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung der Nockenwellenkörper NW1 und der Nockenwellenhohlkörper NW2 relativ gegeneinander verdreht und damit die Nockenelemente NE1 und NE2 (bzw. NE2.1) relativ gegeneinander verdreht, stellt sich ein Ventilhubverlauf (AV1, AV2) gemäß 3b ein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nockenwelle 1, bei der ein erstes Nockenelement NE1 in seiner Gesamtheit drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper NW1 verbunden ist und analog hierzu ein Teilnockenelement NE2.2 des zweiten Nockenelementes NE2 in gleicher Weise bzw. ebenfalls drehfest mit dem inneren Nockenwellenkörper NW1 verbunden ist und ein anderes Teilnockenelement NE2.1 drehfest auf dem äußeren Nockenwellenhohlkörper NW2 angeordnet ist, kann ein Ventilhubverlauf (AV1, AV2) gemäß 3b erreicht werden. Hierdurch kann zum einen eine Phasenverschiebung zwischen den beiden über die erfindungsgemäße Konstruktion angesteuerten Gaswechselventilen erreicht werden, zum anderen wird über die stattfindende Spreizung (der beiden Teilnockenelemente NE2.1 und NE2.2) des als Spreiznocken ausgebildeten zweiten Nockenelementes NE2 eine entsprechende Verlängerung des maximalen Nockenhubes erreicht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch die erfindungsgemäße Nockenwellenkonstruktion bzw. Nockenelementausgestaltung und deren Anordnung auf den jeweiligen Nockenwellenkörpern ein stufenloser Übergang im Bereich des maximalen Ventilhubes erreicht.
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Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung, durch Erweiterung der erfindungsgemäßen Nockenkombination, eine beliebige Kombination von festen Nocken (Nocken, welche fest (unverdrehbar und nicht verschiebbar) auf dem äußeren Nockenwellenhohlkörper angeordnet sind), verstellbaren Nocken (analog zum Nockenelement NE1) und Spreiznocken (analog zum Nockenelement NE2) an der Einlass- und/oder Auslassnockenwelle eines DOHC-Motors, eines SOHC-Motors oder eines OHV-Motors denkbar.
