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Es wird ein Ventilsteuerungssystem einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine beschrieben.
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Dazu ist aus der Druckschrift OE 198 45 942 A1 ein Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei mit wenigstens einer oben liegenden Nockenwelle Gaswechselventile pro Zylinder betätigt werden. Für die Ventilsteuerungsmechanik sind zur Führung von Ventilschäften in einem Zylinderkopfgehäuse Gaseinlass- bzw. Gasauslasskanäle angeordnet. Außerdem ist unterhalb der Nockenwelle eine Schlepphebelachse als Übertragungsmechanik vorgesehen, welche Kipphebel und/oder Schlepphebel umfasst.
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Darüber hinaus ist es bekannt, dass Übertragungsmechaniken mit Zahnradübersetzungen, Ketten- oder Zahnriementransmissionen zusammenwirken, um die Drehzahl einer obenliegenden Nockenwelle gegenüber der Drehzahl einer Kurbelwelle zu halbieren.
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Eine Aufgabe ist es, ein verbessertes Ventilsteuerungssystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventilsteuerungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Ventilsteuerungssystem weist mindestens ein, einen Nocken aufweisendes Steuerelement für mindestens ein Einlassventil oder mindestens ein Auslassventil pro Zylinder auf. Eine Übertragungsmechanik koppelt mechanisch das den Nocken aufweisende Steuerelement mit dem mindestens einen Einlassventil oder dem mindestens einen Auslassventil pro Zylinder. Das den Nocken aufweisende Steuerelement ist auf einer Kurbelwelle fixierbar und weist eine mit der Kurbelwelle betreibbare Nockenscheibe auf. Die Übertragungsmechanik weist ein Gestänge auf, das einen Rollenabgriff der Nockenscheibe mit dem mindestens einen Einlassventil oder dem mindestens einen Auslassventil pro Zylinder koppelt.
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Ein derartiges Ventilsteuerungssystem einer Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass zur Steuerung der Ventile keine Nockenwelle erforderlich ist, sondern vielmehr individuelle Nockenscheiben den jeweiligen Ventilen eines Zylinders zugeordnet werden können. Damit ergibt sich eine Reduzierung des Gewichts und der Masse sowie der Kosten. Ferner kann auf Übersetzungszahnräder, über die eine herkömmliche Nockenwelle angetrieben wird oder auf Ketten- oder Zahnriementransmissionen zur Synchronisation von Kurbelwellenumdrehungen und Umdrehungen der Nockenwelle verzichtet werden. Die Anpassung der Ventilsteuerung an die Kurbelwellendrehzahl wird vielmehr ebenfalls durch die Nockenscheiben, die unmittelbar auf der Kurbelwelle angeordnet sind, übernommen.
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Dazu weist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Nockenscheibe mindestens eine erste und eine zweite Ringnut auf, mit denen der Rollenabgriff in Eingriff steht. Die erste Ringnut weist eine gleich bleibende Tiefe auf, während in der zweiten Ringnut gleicher Tiefe ein Nocken von vermindertes Tiefe angeordnet ist. Darüber hinaus weist die Nockenscheibe einen Kreuzungsbereich der Ringnuten auf. Mit dieser Ausführungsform kann in dem Kreuzungsbereich der Rollenabgriff nach der ersten Umdrehung in der ersten Ringnut in die zweite Ringnut überführt und nach der zweiten Umdrehung in der Ringnut mit dem Nocken zurück in die erste Ringnut durch den Kreuzungsbereich zurück geführt werden.
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Somit hat der Kreuzungsbereich den Vorteil, dass die Umdrehungsrate, mit welcher der Nocken in der zweiten Ringnut gegenüber der Kurbelwelle betätigt wird, der halben Drehzahl der Kurbelwelle entspricht. Mit einer derartigen Nockenscheibe kann somit in vorteilhafter Weise beispielsweise ein Einlassventil eines Zylinders betätigt werden. Um ein Auslassventil eines Zylinders zu betätigen, wird eine zweite Nockenscheibe mit jeweils zwei Ringnuten zusätzlich auf der Kurbelwelle angeordnet.
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Weiterhin kann es vorgesehen werden, dass die Nockenscheibe pro Zylinder drei Ringnuten mit einer zentralen Ringnut gleich bleibender Tiefe aufweist und zwei seitliche Ringnuten mit jeweils einer Nocke verminderter Tiefe für das mindestens eine Einlassventil und für das mindestens eine Auslassventil pro Zylinder aufweist. Aktuatoren führen die Rollenabgriffe für das mindestens eine Einlassventil und das mindestens eine Auslassventil pro Zylinder in axialer Richtung der Nockenscheibe in den Ringnuten.
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Die Rollenabgriffe werden für das Einlassventil und das Auslassventil bei dieser Ausführungsform der Erfindung mit drei Nuten pro Nockenscheibe von Aktuatoren geführt, die dafür sorgen, dass im Kreuzungsbereich der Übergang zu der mittleren Ringnut zeitversetzt zwischen dem mindestens einen Einlassventil und dem mindestens einen Auslassventil erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich mehrere Ringnuten mit zueinander versetzten Nockenpositionen auf der Nockenscheibe anzuordnen. Das hat den Vorteil, dass der Zeitpunkt für die Betätigung eines Ventils verschoben werden kann. Dazu ist lediglich ein Aktuator erforderlich, der in dem Kreuzungsbereich der Ringnuten. den Rollenabgriff zu einem Übertragungsgestänge entsprechend führt.
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In einem Ausführungsform weist die Nockenscheibe eine Ringnutbreite, die mindestens der Gesamtbreite einer Nockenscheibe mit zwei Ringnuten entspricht, und ein verbreiterter Nutgrund im Bereich eines ersten Ringflansches eine gleich bleibende Tiefe und zu einem zweiten gegenüberliegenden Ringflansch hin eine in Umfangsrichtung kontinuierlich versetzte Nocke auf. Der Rollenabgriff ist in axialer Richtung der Nockenscheibe durch einen Aktuator geführt.
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Schließlich können auch Nockenscheiben bereitgestellt werden, bei denen eine entsprechend große Ringnutbreite vorgesehen wird, so dass in einem verbreiterten Nutgrund im Bereich eines ersten Ringflansches eine gleich bleibende Tiefe vorgesehen ist und zu einem zweiten gegenüberliegenden Ringflansch hin eine in Umfangsrichtung kontinuierlich versetzte Nocke bereitgestellt wird, wobei der Rollenabgriff in axialer Richtung der Nockenscheibe durch einen Aktuator geführt wird, der den Rollenabgriff präzise bei jeder zweiten Umdrehung axial soweit gegenüber dem Nutrund mit gleich bleibender Tiefe versetzt, dass ein Betätigen eines Ventils zur Optimierung des Arbeitsprozesses zu unterschiedlichen Zeiten definiert erfolgen kann.
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Für eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass für die Übertragungsmechanik sich lediglich Gestänge von den Rollenabgriffen, die mit den Nockenscheiben zusammenwirken zu entsprechenden Kipphebeln im Bereich der Ventile im Zylinderkopf durch den Motorblock hindurch erstrecken.
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Für eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übertragungsmechanik Ventilstangen aufweist, die durch einen Motorblock der Brennkraftmaschine bis zu dem mindestens einen Einlassventil oder dem mindestens einen Auslassventilgeführt sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Führung des Gestänges mit dem Schmiermittel des Motorblocks gekoppelt werden kann, so dass eine gesicherte Schmiermittelversorgung des Ventilsteuerungssystems zur Verfügung steht.
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Die Anordnung der Nockenscheibe auf der Kurbelwelle hängt von dem Typ der Verbrennungsmaschine ab. Die Brennkraftmaschine kann aus der Gruppe, bestehend aus einem Reihenmotor mit bis zu zwei Zylindern, einem Boxermotor mit bis zu vier Zylindern und einem V-Motor mit bis zu vier Zylindern, ausgewählt werden, wobei auf Endbereichen einer Kurbelwelle die Nockenscheiben des Ventilsteuerungssystems angeordnet sind.
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So können in vorteilhafter Weise Ventile bei einem Reihenmotor mit bis zu zwei Zylindern von Nockenscheiben auf den Enden der Kurbelwelle gesteuert werden. Bei einem Boxermotor oder einem V-Motor können sogar bis zu vier Zylinder mithilfe von Nockenscheiben auf den Enden der Kurbelwelle gesteuert werden.
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Lediglich bei Reihenmotoren, die mehr als zwei Zylinder aufweisen, ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass auf einer Kurbelwelle in Bereichen von Gegengewichten Nockenscheiben des Ventilsteuerungssystems angeordnet sind.
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Die Nockenscheiben bilden modifizierte Gegengewichte für die Kurbelwelle, so dass die Kurbelwelle an sich in ihrer bisherigen Länge erhalten bleiben kann. Lediglich der Bereich der Gegengewichte ist derart zu modifizieren, dass die für die Nockenscheiben vorzusehenden Ringnuten konstruktiv eingebaut sind.
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Ein Kraftfahrzeug kann somit eine Brennkraftmaschine mit einem Motorblock, einer Kurbelwelle und einem Zylinderkopf mit mindestens einem Einlassventil und mindestens einen Auslassventil pro Zylinder aufweisen, wobei Nockenscheiben des erfindungsgemäßen Ventilsteuerungssystems direkt auf der Kurbelwelle angeordnet sind und mit der Kurbelwelle rotieren.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Komponenten mit gleichen Funktionen werden in den nachfolgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht mehrfach erörtert.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilsteuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Details des Ventilsteuerungssystems gemäß 1;
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Detail des Ventilsteuerungssystems gemäß 1.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnifts einer Brennkraftmaschine 2 mit einem Ventilsteuerungssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Brennkraftmaschine 2 ist hier nur beispielhaft mit einem Zylinder 4 dargestellt, in dem ein Kolben 23 mit abdichtenden Kolbenringen 24 angeordnet ist. Der Kolben 23 ist über eine Pleuelstange 25 mit einer Kurbelwelle 6 gekoppelt, wobei die Pleuelstange 25 zwischen zwei Gegengewichten 16 der Kurbelwelle 6 gelagert ist und bei Hubbewegungen des Kolbens 23 in den Pfeilrichtungen A und B die Kurbelwefte 6 in Drehungen versetzt.
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An einem Ende 17 der Kurbelwelle 6 ist eine Nockenscheibe 7 des Ventilsteuerungssystems 1 angebracht, wobei die Nockenscheibe 7 eine erste Ringnut 10 mit gleich bleibender Ringnuttiefe aufweist und eine zweite Ringnut 11 umfasst, die im Bereich eines Nocken 22 eine verminderte Tiefe aufweist. Der Nocken 22 ist hier mit einer strichpunktierten Linie angedeutet, während der Nutgrund 27 mit einer gestrichelten Linie gezeigt wird.
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In der zweiten Ringnut 11, welche die Nocke 22 aufweist, ist ein Rollenabgriff 9 angeordnet. Der Rollenabgriff 9 steht über eine Übertragungsmechanik 5 mit einem Gestänge 8 aus einer Ventilstange 15 mechanisch in Verbindung. Die Ventilstange 15 ist mit einem Kipphebel 21 gelenkig verbunden. Der Kipphebel 21 überträgt eine von der Nocke 22 ausgelöste Anhebung des Rollenabgriffs 9 auf das Einlassventil 18, so dass dieses öffnet.
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In gleicher Weiser kann eine zweite, hier nicht gezeigte Nockenscheibe auf dem gegenüber liegenden Ende 28 der Kurbelwelle 6 angeordnet sein, um ein mit gestrichelten Umrissen gezeigtes Ausgangsventil 19 zu betätigen. Während in 1 das Ventilsteuerungssystem 1 auf einem Ende 17 der Kurbelwelle angeordnet ist, ist es auch möglich, die in 1 gezeigten Gegengewichte 16 derart umzugestalten, dass sie die Funktion der Nockenscheibe 7 voll übernehmen können, wobei das Übertragungsgestänge in einen entsprechenden Motorblock der Brennkraftmaschine 2 integriert sein kann.
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Da die Übertragungsmechanik 5 relativ kompakt und Gewicht sparend ausgeführt werden kann, ist es möglich, mit einem derartigen Ventilsteuerungssystem 1 das Gesamtgewicht einer Brennkraftmaschine 2 zu vermindem.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Details des Ventilsteuerungssystems 1 gemäß 1 mit dem Unterschied, dass diese Nockenscheibe drei Ringnuten 10, 11 und 31 aufweist. Dabei weist die zentrale Ringnut 31 eine gleich bleibende Ringnuttiefe auf, während die seitliche Ringnut 10 einen Nocken 22 für die Steuerung eines Einlassventils und die gegenüber liegende Ringnut 11 einen Nocken für die Steuerung eines Auslassventils aufweist. Es sind zwei Rollenabgriffe 9 vorgesehen, die von entsprechenden Aktuatoren 26 geführt werden, um im Kreuzungsbereich der Nockenscheibe 7 die Rollenabgriffe 9 entsprechend zu lenken.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Detail des Ventilsteuerungssystems 1 gemäß 1. In dieser Draufsicht ist der Kreuzungsbereich 12 einer Nockenscheibe 7 mit zwei Ringnuten 10 und 11 zu sehen. Dabei weist die Ringnut 10 eine gleich bleibende Tiefe auf, während in der Ringnut 11 ein Nocken mit verminderter Tiefe angeordnet ist.
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Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilsteuerungssystem
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Steuerelement
- 4
- Zylinder
- 5
- Übertragungsmechanik
- 6
- Kurbelwelle
- 7
- Nockenscheibe
- 8
- Gestänge
- 9
- Rollenabgriff
- 10
- erste Ringnut
- 11
- zweite Ringnut
- 12
- Kreuzungsbereich
- 13
- erster Ringflansch
- 14
- zweiter Ringflansch
- 15
- Ventilstange
- 16
- Gegengewicht
- 17
- Ende der Kurbelwelle
- 18
- Einlassventil
- 19
- Ausgangsventil
- 21
- Kipphebel
- 22
- Nocken
- 23
- Kolben
- 24
- Kolbenring
- 25
- Pleuelstange
- 26
- Aktuator
- 27
- Nutgrund
- 28
- Ende der Kurbelwelle
- 31
- Ringnut
- A
- Pfeil
- B
- Pfeil
