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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer verstellbaren Nockenwelle zum Steuern von zumindest zwei Einlassventilen oder zumindest zwei Auslassventilen eines Zylinders.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Nockenfolger, der aus zwei miteinander verbundenen bzw. verbindbaren Nockenfolgern gebildet ist.
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Mit verstellbaren Nockenwellen mit einer Innenwelle und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle ist es möglich, die Einlassventile bzw. Auslassventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine hinsichtlich ihrer Öffnungszeiten bzw. Schließzeiten zu beeinflussen. Bei einer sogenannten Torque Boost CamInCam Nockenwelle können die Ventilöffnungszeiten zweier Einlassventile an einem gemeinsamen Zylinder nur gegeneinander verschoben werden, wobei die Summe der Öffnungszeiten beider Ventile gleich bleibt. Mit einer derartigen Torque Boost CamInCam, d.h. einer verstellbaren Nockenwelle, lassen sich zwar der Kraftstoffverbrauch senken und eine kompakte Bauweise erzielen, eine erhöhte Öffnungszeit an einem Ventil von zwei Einlassventilen oder Auslassventilen an einem Zylinder ist dadurch jedoch nicht zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine einer verbesserten Ausführungsform anzugeben, mittels welcher sich insbesondere die Öffnungszeiten einzelner Ventile beeinflussen lassen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Brennkraftmaschine mit einer verstellbaren Nockenwelle zum Steuern von zumindest zwei Einlassventilen oder zumindest zwei Auslassventilen eines gemeinsamen Zylinders zugehörige Nockenfolger so auszubilden, dass diese miteinander verbindbar oder verbunden sind, so dass mit zumindest einem Nocken auf der Nockenwelle eines oder beide Ventile betätigbar, und insbesondere deren Öffnungszeiten beeinflussbar sind. Die Nockenwelle besitzt dabei in bekannter Weise eine Innenwelle sowie eine koaxial dazu angeordnete Außenwelle und ist unter dem Namen "CamInCam" der Fachwelt geläufig. Ein erster, drehfest mit der Innenwelle verbundener Nocken ist dabei benachbart zu einem zweiten, drehfest mit der Außenwelle verbundenen Nocken auf der Nockenwelle angeordnet. Dem ersten Nocken ist dabei ein erster Nockenfolger zugeordnet, wogegen dem zweiten Nocken ein zweiter Nockenfolger zugeordnet ist. Beide Nockenfolger betätigen dabei jeweils eines der beiden Einlassventile bzw. Auslassventile des zugehörigen Zylinders. Durch die Erfindung, wonach der erste und der zweite Nockenfolger miteinander verbunden oder miteinander verbindbar sind, ist es nunmehr erstmals möglich, mittels des ersten oder des zweiten Nockens entweder nur das jeweils zugehörige Ventil zu betätigen oder aber beide Ventile. Hierdurch lässt sich insbesondere bei einem der beiden Ventile eine verlängerte Öffnungszeit erzielen, wodurch ein erhöhter Liefergrad erzielt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind der erste und der zweite Nockenfolger über eine Kontaktfläche miteinander verbindbar, der ein zeitversetztes Öffnen eines der Ventile sowie ein gemeinsames Schließen beider Ventile ermöglicht, oder umgekehrt. "Umgekehrt" bedeutet dabei, dass die Kontaktfläche auch so ausgebildet sein kann, dass mit einem der beiden Nocken ein zeitversetztes Schließen eines der Ventile sowie ein gemeinsames Öffnen beider Ventile ermöglicht wird. Eine derartige Kontaktfläche kann beispielsweise durch zwei abstehende Konsolen bewirkt werden, die sich gegenseitig hintergreifen, wobei eine erste Konsole am ersten Nockenfolger und eine zweite Konsole am zweiten Nockenfolger angeordnet ist. Die erste Konsole weist dabei einen größeren Abstand zur Nockenwelle auf. Betätigt somit der erste Nocken den ersten Nockenfolger, so kann sich dieser unabhängig vom zweiten Nockenfolger bewegen, da die erste Konsole sich einfach von der zweiten Konsole des zweiten Nockenfolgers löst. Wird hingegen von einem zugehörigen zweiten Nocken der zweite Nockenfolger betätigt, so drückt dessen zweite Konsole gegen die erste Konsole des ersten Nockenfolgers und betätigt darüber auch diesen, so dass mit dem zweiten Nocken generell nicht nur das zweite Einlassventil bzw. Auslassventil, sondern über den ersten Nockenfolger zugleich auch das zugehörige erste Einlassventil bzw. Auslassventil betätigt werden kann. Hierdurch lassen sich wiederum eine längere Öffnungszeit und damit ein erhöhter Liefergrad erzielen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist im ersten Nockenfolger ein ausfahrbares Verbindungselement angeordnet, das in ausgefahrenem Zustand in eine entsprechende Ausnehmung am zweiten Nockenfolger eingreift und diese darüber verbindet. Das Verbindungselement kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt, d.h. ausgefahren werden. Ist nun eine separate Betätigung der beiden Nockenfolger durch die jeweils zugehörigen Nocken gewünscht, so befindet sich das Verbindungselement in seiner eingefahrenen Stellung, so dass der erste Nocken ausschließlich den ersten Nockenfolger und der zweite Nocken ausschließlich den zweiten Nockenfolger bzw. das jeweils zugehörige Einlass- oder Auslassventil betätigt. Ist das Verbindungselement jedoch ausgefahren, so können mit dem ersten Nocken bzw. dem zweiten Nocken zugleich beide Nockenfolger betätigt werden, da ein Betätigen des ersten Nockenfolgers durch den ersten Nocken über das Verbindungselement auch eine Betätigung des zweiten Nockenfolgers und des damit verbundenen Ein- oder Auslassventils bewirkt.
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Zweckmäßig kann ein Federelement vorgesehen sein, welches das Verbindungselement in eine die beiden Nockenfolger nicht verbindende, d.h. trennende Stellung vorspannt. Bei einem Ausfall der Verstellmechanik drückt somit das Federelement das Verbindungselement in seine nicht-verbindende Stellung, so dass jeder Nockenfolger ausschließlich von dem ihm zugeordneten Nocken betätigt wird.
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Bei einer wiederum alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können die beiden Nockenfolger auch einstückig ausgebildet sein, so dass eigentlich kein erster und zweiter Nockenfolger mehr vorhanden ist, sondern der erste Nocken als auch der zweite Nocken auf einen gemeinsamen Nockenfolger einwirken, wobei dieser gemeinsame Nockenfolger bisher ersten und zweiten Nockenfolger integriert. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Es werden keine zusätzlichen Kontaktflächen bzw. zusätzlichen Teile benötigt. Wie bei den anderen Ausführungsformen wird mit solch einer alternativen Ausführungsform eine längere Öffnungszeit und damit ein erhöhter Liefergrad realisiert. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist einer der Nockenfolger als Doppelnockenfolger ausgebildet und von zwei Nocken betätigbar. Denkbar ist hierbei beispielsweise eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit einem ersten Nocken und einem zugehörigen ersten Nockenfolger sowie einem zweiten Nocken und einem zugehörigen zweiten Nockenfolger. Da der zweite Nockenfolger nunmehr als Doppelnockenfolger ausgebildet ist, kann auf diesen zusätzlich noch ein dritter Nocken einwirken. Besteht zwischen den beiden Nockenfolgern, d.h. im konkreten Fall zwischen dem ersten Nockenfolger und dem Doppelnockenfolger nunmehr noch eine Hinterschnittverbindung, so kann mit dem zweiten bzw. dritten Nocken der Doppelnockenfolger und über dessen Konsole zugleich auch der erste Nockenfolger betätigt werden. Über den ersten Nocken ist ausschließlich eine Betätigung des zugehörigen ersten Nockenfolgers möglich. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Variabilität in der Steuerung der Öffnungszeiten.
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Es versteht sich, dass in allen beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen der beschriebene Nockenfolger in allen üblichen und bekannten Bauarten insbesondere mit einem Gleitabgriff oder mit einem Rollabgriff verwendet werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 zwei Abhängigkeiten eines Ventilhubs von einem Kurbelwinkel zweier über jeweils einen getrennten Nockenfolger betätigter Ventile,
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2 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit zwei miteinander verbindbaren Nockenfolger,
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3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei zwei miteinander verbundenen Nockenfolgern gemäß den 2 und 4,
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4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei zwei über eine Kontaktfläche miteinander verbindbaren Nockenfolger,
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5 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei einem einstückig ausgebildeten ersten und zweiten Nockenfolger,
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6 eine Darstellung wie in 4, wobei einer der Nockenfolger als Doppelnockenfolger ausgebildet ist.
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Entsprechend den 2, 4, 5 und 6 weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eine verstellbare Nockenwelle 2 zum Steuern von zumindest zwei nicht näher dargestellten Ventile E, insbesondere zwei Einlassventilen oder zumindest zwei Auslassventilen eines Zylinders auf. Die Nockenwelle 2 besitzt eine Innenwelle 3 sowie eine koaxial dazu angeordnete Außenwelle 4. Ein erster Nocken 5 ist dabei drehfest mit der Innenwelle 3 verbunden und benachbart zu einem zweiten, drehfest mit der Außenwelle 4 verbundenen Nocken 6 angeordnet. Der erste Nocken 5 ist dabei in bekannter Weise über eine Verstiftung mit der Innenwelle 3 verbunden und kann hinsichtlich seiner Winkellage relativ zum zweiten Nocken 6 verstellt bzw. verdreht werden. Dem ersten Nocken 5 ist dabei ein erster Nockenfolger 7 zugeordnet, wogegen dem zweiten Nocken 6 ein zweiter Nockenfolger 8 zugeordnet ist. Sowohl der erste Nockenfolger 7 als auch der zweite Nockenfolger 8 betätigen dabei jeweils ein Einlassventil bzw. ein Auslassventil eines zugeordneten Zylinders. Erfindungsgemäß sind nun der erste und der zweite Nockenfolger 7, 8 miteinander verbunden, wie dies beispielsweise gemäß der 5 dargestellt ist oder zumindest miteinander verbindbar, wie dies gemäß den 2, 4 und 6 dargestellt ist, so dass mit zumindest einem Nocken 5, 6 einer der Nockenfolger 7, 8 oder beide betätigbar sind.
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Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass im ersten Nockenfolger 7 ein ausfahrbares Verbindungselement 9 angeordnet ist, welches in ausgefahrenem Zustand in eine entsprechende Ausnehmung 10 am zweiten Nockenfolger 8 eingreift und diese darüber verbindet. Das Verbindungselement 9 kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch ausfahrbar sein. Zudem ist ein Federelement 11 vorgesehen, welches das Verbindungselement 9 in eine die beiden Nockenfolger 7, 8 nicht-verbindende Stellung vorspannt.
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Betrachtet man demgegenüber die Brennkraftmaschine 1 gemäß der 4, so kann man bei dieser erkennen, dass der erste und der zweite Nockenfolger 7, 8 über eine Kontaktfläche 12 miteinander verbindbar sind, der ein zeitversetztes Öffnen eines der Ventile sowie ein gemeinsames Schließen beider Ventile ermöglicht, oder umgekehrt. Betätigt beispielsweise bei der Brennkraftmaschine nach der 4 der erste Nocken 5 den zugehörigen ersten Nockenfolger 7, so kann sich dieser unabhängig vom zweiten Nockenfolger 8 verstellen und das mit diesem gekoppelte Ventil öffnen. Betätigt hingegen der zweite Nocken 6 den zweiten Nockenfolger 8, und drückt diesen von der Nockenwelle 2 weg, so wird der erste Nockenfolger 7 über die Kontaktfläche 12 zusammen mit dem zweiten Nockenfolger 8 bewegt, wodurch beide Einlassventile bzw. beide Auslassventile eines zugehörigen Zylinders der Brennkraftmaschine 1 geöffnet werden. Hierdurch kann beispielsweise ein zeitversetztes Öffnen zuerst des ersten Ventils und anschließend des zweiten Ventils erfolgen, wobei das erste Ventil anschließend zusammen mit dem zweiten Ventil geschlossen wird. Hierdurch kann insbesondere eine verlängerte Belieferung bzw. eine verlängerte Ventilöffnungszeit erzielt werden.
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Betrachtet man die Brennkraftmaschine 1 gemäß der 5, so sind bei dieser die beiden Nockenfolger 7, 8 einstückig miteinander ausgebildet und bilden somit einen gemeinsamen Nockenfolger 13. Bei dieser Ausführungsform betätigt der erste Nocken 5 und der zweite Nocken 6 immer beide Nockenfolger 7, 8 gleichzeitig.
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Gemäß der 6 ist eine weitere Variante der Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei welcher der zweite Nockenfolger 8 als Doppelnockenfolger ausgebildet ist und dementsprechend von zwei Nocken, nämlich vom zweiten Nocken 6 und von einem dritten Nocken 14 betätigbar ist. Betätigt dabei entweder der zweite Nocken 6 oder der dritte Nocken 14 den zweiten Nockenfolger 8, so wird über die zwischen dem ersten Nockenfolger 7 und dem zweiten Nockenfolger 8 ausgebildete Kontaktfläche 12 automatisch auch der erste Nockenfolger 7 und das damit verbundene Ventil betätigt. Bei dieser Ausführungsform kann analog zur Ausführungsform gemäß der 4 ein separates Öffnen der einzelnen Ventile erfolgen, wobei jedoch ein Schließen ausschließlich gemeinsam erfolgen kann.
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Gemäß der 1 sind zwei Diagramme dargestellt, auf deren Ordinate jeweils ein Ventilhub abgebildet ist, wogegen auf der Abszisse der Kurbelwellenwinkel abgetragen ist. In dem oberen Diagramm wird dabei der Ventilhub über den Kurbelwellenwinkel eines ersten Ventils E1, beispielsweise eines ersten Einlassventils, gezeigt, welches über den ersten Nocken 5 und den damit wirkungsverbundenen ersten Nockenfolger 7 betätigt wird. Demgegenüber zeigt das untere Diagramm in 1 ein zweites Ventil E2, beispielsweise ein zweites Einlassventil oder ein zweites Auslassventil desselben Zylinders, welches über den zweiten Nocken 6 und den damit wirkungsverbundenen zweiten Nockenfolger 8 betätigt, d.h. geöffnet und geschlossen wird. Ein derartiger Öffnungsverlauf ist beispielsweise bei einer gemäß der 2 dargestellten Brennkraftmaschine 1 möglich, sofern der erste Nockenfolger 7 nicht mit dem zweiten Nockenfolger 8 verbunden ist.
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Gemäß der 3 ist in den beiden dargestellten Diagrammen eine Öffnungscharakteristik der zugehörigen Ventile E1 und E2 für eine gemäß 4 und 6 dargestellte Brennkraftmaschine 1 gezeigt, bei welcher die beiden Nockenfolger 7, 8 in nur eine Richtung miteinander verbunden sind, gemäß den 4 und 6 nach oben, so dass die beiden Ventile E1 und E2 nacheinander öffnen aber gemeinsam schließen. Somit hat nur das Ventil E2 eine längere Öffnungszeit, die gemäß der 3 durch den schraffierten Bereich dargestellt ist. Durch eine Umkehr der als Hinterschnitt ausgebildeten Kontaktfläche 12 kann selbstverständlich auch die umgekehrte Variante ermöglicht werden, bei welchen zunächst beide Ventile E1 und E2, d.h. also beispielsweise beide Einlassventile oder beide Auslassventile desselben Zylinders gemeinsam öffnen, später aber nacheinander schließen. Diese Öffnungscharakteristik kann beispielsweise durch die gemäß der 6 dargestellte Brennkraftmaschine 1 nochmals durch einen zusätzlichen, dritten Nocken 14 individuell beeinflusst werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 und insbesondere mit den erfindungsgemäßen Nockenfolgern 7, 8 lassen sich die Öffnungs- bzw. Schließzeiten einzelner über den jeweiligen Nockenfolger 7, 8 betätigter Ventile E individuell anpassen und variieren.
