DE10257254B3

DE10257254B3 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10257254B3
Application number: DE2002157254
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Frey
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-07
Filing date: 2002-12-07
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2022-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (10), mindestens einer Nockenwelle (12), einem Umschlingungsgetriebe (11) zwischen der Kurbelwelle und der mindestens einen Nockenwelle und einer Vorrichtung zur relativen Verdrehung der mindestens einen Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, wobei diese Vorrichtung aus einem Hebel (2) mit einem Zahnradgetriebe besteht, der zwischen einem Abtrieb (4) des Umschlingungsgetriebes und einem Antrieb der Nockenwelle angeordnet ist und um die Nockenwellenmitte (6) schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 41 04 872 C2 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum stufenlosen Verstellen der Steuerzeiten von Gaswechselventilen bekannt, bei der die Nockenwellen von der Kurbelwelle über einen Zahnriementrieb angetrieben werden und gegenüber der Kurbelwelle in ihrer relativen Lage verdreht werden können. Der Zahnriemen wird von der Kurbelwelle angetrieben und treibt eine oder mehrere Nockenwellen an. Eine Verdrehung der Nockenwellen gegenüber der Kurbelwelle erfolgt durch mehrere Spannrollen die sowohl im Zugtrum als auch im Leertrum des Zahnriemens angeordnet sind. Je nach Stellung der Spannrollen, bzw. Anpresskraft auf den Zahnriemen verläuft der Zahnriemen zwischen zwei Zahnrädern gerade oder aufgrund der gedrückten Spannrolle über die Spannrolle in einem dreieckigen Verlauf. Auf diese Weise wird eine gewisse freie Länge des Zahnriemens vor oder hinter die Nockenwellen gebracht und damit die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht. Mit einer derartigen Vorrichtung kann man eine oder mehrere Nockenwellen einer Brennkraftmaschine verdrehen, jedoch ist es nicht einfach einen gewünschten Verdrehwinkel der Nockenwellen einzustellen und über verschiedene Betriebsbereiche zu erhalten. Des weiteren besteht die Möglichkeit, dass bei einem Ausfall des Verstellsystems der Zahnriemen über ein Zahnriemenrad überspringt, da er nicht mehr gespannt wird. Die Führung des Zahnriemens zur Verhinderung von Schwingungen wird durch die Vorrichtung erschwert bzw. die Vorrichtung wird durch die Schwingungen des Systems zusätzlich belastet.

Eine Variante der Erfindung ist die Kombination mit einem Planetengetriebe zur Verstellung der zweiten Nockenwelle gegenüber der ersten, anstatt der soeben beschriebenen Zahnriemenwegverstellung. Das Planetengetriebe wird von der Kurbelwelle oder der ersten Nockenwelle angetrieben und treibt seinerseits die zweite Nockenwelle an. Der Nockenwellenverstellhebel greift in das Getriebe und bewirkt die Nockenwellenverstellung. Es funktioniert wie folgt:
Von den drei Komponenten des Planetengetriebes (Hohlrad, Planetenträger, Sonnenrad) wird eine angetrieben direkt von der Kurbelwelle oder von der ersten Nockenwelle, eine wird nur von dem Nockenwellenverstellhebel bewegt und steht sonst still, und eine ist der Abtrieb zur zweiten Welle.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber eine einfache und betriebssichere Vorrichtung bereitzustellen, mit der sich durch ein Umschlingungsgetriebe angetriebene Nockenwellen einer Brennkraftmaschine relativ zur Kurbelwelle verdrehen lassen.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, mindestens einer Nockenwelle, einem Umschlingungsgetriebe zwischen der Kurbelwelle und der mindestens einen Nockenwelle und einer Vorrichtung zur relativen Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Verdrehvorrichtung zwischen einem Abtrieb des Umschlingungsgetriebes und einem Antrieb der Nockenwelle angeordnet ist in Form eines Zahnradgetriebes, das an einem Hebel um die Nockenwellenmitte schwenkbar gelagert ist, wobei die relative Verdrehung durch ein Schwenken des Hebels erfolgt. Bei Brennkraftmaschinen, wie sie z.B. in Personenkraftwagen eingebaut sind, wird die Nockenwelle im Allgemeinen von einer Kette, der sog. Steuerkette, oder von einem Zahnriemen angetrieben. Um die Steuerzeiten, d.h. die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile, zu verändern ist es üblich die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zu verdrehen. Dies hat Vorteile beim Emissions-, Leistungs- und Drehmomentverhalten in verschiedenen Betriebsbereichen und wird durch ein Getriebe, das im Allgemeinen koaxial zur Nockenwelle angeordnet ist, erreicht oder durch ein Verschieben einer gewissen freien Länge des Zugmittels in Bewegungsrichtung gesehen vor oder hinter die Nockenwelle. Wenn jedoch das Zahnradgetriebe auf einem schwenkbaren Hebel angeordnet ist, ist es auf einfache Weise möglich durch Schwenken des Hebels eine Steuerzeitenverstellung zu erreichen. Der Hebel wird um

die Nockenwellenmitte geschwenkt, so dass das angetriebene Rad mit dem Umschlingungsgetriebe verbunden bleibt und das abtreibende Zahnrad mit einem Zahnrad auf der Nockenwelle in Eingriff steht. Beim Schwenken des Hebels erfolgt ein Abrollen am Zugmittel des von einem Umschlingungsgetriebe angetriebenen Zahnrades, und zusätzlich erfolgt durch das Schwenken ein Drehen des angetriebenen Zahnrades des Zahnradgetriebes damit ein Drehen der Nockenwelle selbst. Durch eine geeignete Wahl der Gesamtübersetzung des Zahnradgetriebes ist bei kleinem Schwenkweg des Hebels eine große Verdrehung der Nockenwelle oder bei großem Schwenkweg des Hebels eine kleine Verdrehung der Nockenwelle möglich. Eine große Verdrehung der Nockenwelle ist von Vorteil beim Bedarf nach schneller Verdrehung über einen weiten Bereich. Eine kleine Verdrehung bei großem Schwenkweg des Hebels ist bei einem gegebenen Antrieb nicht so schnell, aber der einzustellende Verdrehwinkel an der Nockenwelle wird mit einer geringeren Toleranz eingehalten. Mit Hilfe dieser Vorrichtung zur relativen Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle ist auch möglich eine Längenänderung des Zugmittels aufgrund von zum Beispiel Verschleiß oder Wärmeausdehnung auszugleichen, wodurch eine Spanneinrichtung für das Zugmittel nur noch dynamische Längenänderungen auszugleichen hat und entsprechend kleiner oder einfacher ausgeführt werden kann.

In der Erfindung treibt das Umschlingungsgetriebe ein erstes Zahnrad an, dessen Drehachse um die Nockenwelle schwenkbar gelagert ist und das in ein zweites Zahnrad eingreift, das auf der Nockenwelle befestigt ist. Das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes ist auf dem schwenkbaren Hebel gelagert und treibt das erste Zahnrad an. Das erste Zahnrad treibt das zweite Zahnrad an, das wiederum fest mit der Nockenwelle verbunden ist. Bei einem Schwenken des Hebels dreht sich das Abtriebsrad des Umschlingungsgetriebe und das erste Zahnrad des Zahnradgetriebes relativ zur Kurbelwelle mit einer konstanten Phasenbeziehung. Z.B. bei einer 1:1-Übersetzung im Umschlingungsgetriebe erfolgt ein Abrollen am Zugmittel des von einem Umschlingungsgetriebe angetriebenen Zahnrades, und zusätzlich erfolgt durch das Schwenken ein Drehen des angetriebenen Zahnrades des Zahnradgetriebes damit ein Drehen der Nockenwelle selbst. Aufgrund der Übersetzung im Zahnradgetriebe dreht sich das zweite Zahnrad und somit die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Auf diese Weise ist mittels eines Hebels und zweier Zahnräder zusätzlich zu einem üblichen Nockenwellenantrieb mit einem Umschlingungsgetriebe ein einfacher und platzsparender Phasen- oder Nockenwellenversteller für eine Nockenwelle bereitgestellt.

In der Erfindung ist das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes auf dem schwenkbaren Hebel koaxial zum ersten Zahnrad gelagert und treibt dieses an. Auf diese Weise vereinfacht sich der Kraftfluss vom Umschlingungsgetriebe zum Zahnradgetriebe und die Bauweise der Verstellvorrichtung stark, was zu einer vereinfachten Montage und geringeren Herstellkosten führt, da nur eine kurze Welle mit dem angetriebenen Rad des Umschlingungsgetriebes und dem ersten Zahnrad gelagert und geführt werden muss.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hebel, in dem das Zahnradgetriebe gelagert ist, elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben um die Nockenwellenmitte schwenkbar. Die Wahl des geeigneten Antriebsystems ist abhängig von der gewünschten Verstellgeschwindigkeit, der Verstellwinkel, der Verstellgenauigkeit und den Einbauverhältnissen der Verstellvorrichtung in einem Steuergehäuse oder vor einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Es ist auch eine Kombination der Antriebe möglich, wie zum Beispiel ein elektrischer Antrieb, der über eine mechanische Hebel- oder Zahnradübersetzung den Hebel schwenkt, in dem das Zahnradgetriebe gelagert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Führungs- und Spannelemente des Umschlingungsgetriebes mit dem schwenk baren Hebel gekoppelt. Ein Umschlingungsgetriebe in Form eines Ketten- oder Zahnriementriebes erfordert eine sorgfältige Führung und Spannung des Zugmittels, d.h. der Kette oder des Zahnriemens, um durch Schwingungen entstehendes Geräusch, Verschleiß oder Verstellen der Steuerzeiten zu verhindern. Wenn durch Verdrehen des Hebels die Lage des angetriebenen Rades des Umschlingungsgetriebes sich verändert, ist es für einen gute Führung und Spannung des Zugmittels erforderlich, dass zum Beispiel Führungsschienen oder Spannschienen sich mitbewegen und den Verlauf der geänderten Lage des angetriebenen Rades anpassen. Dies geschieht durch Koppelung eines Lagerungspunktes der Schienen mit dem Hebel der Verstelleinrichtung. Dies erfolgt zum Beispiel mittels zusätzlicher Hebel oder Verbindungselemente, die sowohl am Verstellhebel als auch an den beweglich gelagerten Führungs- und Spannelementen befestigt sind. Durch die bewegliche Lagerung einerseits und die Koppelung an den Hebel andererseits ist bei allen Schwenkwinkeln des Hebels eine gute Führung des Zugmittels gewährleistet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels das antreibende und das abtreibende Rad des Umschlingungsgetriebe mit der Nockenwellenmitte in einer Ansicht in Richtung der Nockenwellenmitte ungefähr auf einer Gerade, wobei die Nockenwellenmitte zwischen den beiden Rädern des Umschlingungsgetriebes liegt. Bei einer derartigen Ausführung, bei der Mittenabstand der beiden Räder des Umschlingungsgetriebes wesentlich größer ist als der Abstand zwischen dem angetriebenen Rad des Umschlingungsgetriebes und der Nockenwellenmitte, bewirkt eine Auslenkung des Hebels zur Nockenwellenverstellung nur eine kleine Änderung des Mittenabstandes der beiden Räder des Umschlingungsgetriebes. Das heißt, es findet nur eine kleine Längenänderung im Umschlingungsgetriebe statt, die durch eine Spannvorrichtung aufgefangen werden muss.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels das antreibende und das abtreibende Rad des Umschlingungsgetriebe mit der Nockenwellenmitte in einer Ansicht in Richtung der Nockenwellenmitte ungefähr auf einer Gerade, wobei das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes zwischen dem antreibenden Rad und der Nockenwellenmitte angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist äußerst platzsparend aufgebaut, da sich das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes innerhalb der Umrisskontur des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine befindet und kein weiteres Element des Nockenwellenantriebes aus der Kontur herausragt. Das höchste nach oben ragende Element des Nockenwellenantriebes ist das Antriebszahnrad auf der Nockenwelle, das jedoch wesentlich kleiner baut als ein übliches Antriebsrad, z.B. ein Kettenrad oder Zahnriemenrad, auf einer Nockenwelle. Durch den kurzen Abstand zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad des Umschlingungsgetriebes ist das Zugmittel des Umschlingungsgetriebes kurz und beim Schwenken des Hebels ergibt sich eine relative Längenänderung im Umschlingungsgetriebe gegenüber einer mittleren Lage des Hebels, die größer ist als die Längenänderung bei einer Anordnung gemäß Anspruch 6, jedoch bei geringerem Bauraumbedarf der Gesamtanordnung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels das antreibende und das abtreibende Rad des Umschlingungsgetriebe mit der Nockenwellenmitte in einer Ansicht in Richtung der Nockenwellenmitte ungefähr auf einer Gerade, wobei das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes zwischen dem antreibenden Rad und der Nockenwellenmitte angeordnet ist und das Zugmittel des Umschlingungsgetriebes so um das angetriebene Rad verlegt ist, dass es das Rad mit seiner Außen- bzw. Rückseite antreibt: Das Zugmittel verläuft bei dieser Anordnung vom antreibenden Rad auf der Kurbelwelle über ein erstes Umlenkrad und ein zweites Umlenkrad dreieckförmig wieder zum antreibenden Rad auf der Kurbelwelle zurück. Zwischen dem ersten und dem zweiten Umlenkrad treibt das Zugmittel über seine Außenseite bzw. über seinen Rücken das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes an, das auf dem Hebel mit dem Zahnradgetriebe gelagert ist. Das angetriebene Rad drückt das Zugmittel in Richtung des Mittelpunktes des Dreiecks, das durch das Zugmittel aufgespannt wird. Auf diese Weise findet bei einem Schwenken des Hebels nur eine äußerst geringe Längenänderung im Umschlingungsgetriebe statt, da das Zugmittel das angetriebene Rad ungefähr bogenförmig auf einer Kreisbahn mit der Nockenwellenmitte als Mittelpunkt umschlingt. Gleichzeitig ist der Bauraumbedarf einer derartigen Anordnung in der Höhe, d.h. in Zylinderrichtung, sehr gering und in der Breite, d.h. quer zur Zylinderrichtung, nicht so groß, dass die Umrisskontur der Brennkraftmaschine dadurch gestört wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein angetriebenes Rad des Umschlingungsgetriebes koaxial zur Nockenwellenmitte gelagert und treibt seinerseits über ein zweites Umschlingungsgetriebe das erste Zahnrad auf dem drehbaren Hebel an. Das angetriebene Rad des ersten Umschlingungsgetriebes ist frei drehbar auf der Nockenwellenmitte gelagert und fest mit einem antreibenden Rad eines zweiten Umschlingungsgetriebes verbunden. Das angetriebene Rad des zweiten Umschlingungsgetriebes ist auf dem schwenkbaren Hebel gelagert und treibt das erste Zahnrad des Zahnradgetriebes an. Bei einem Schwenken des Hebels zur Nockenwellenverstellung findet keinerlei Längenänderung in den beiden Umschlingungsgetrieben statt, da das erste Umschlingungsgetriebe nicht geschwenkt wird und das zweite Umschlingungsgetriebe um den Mittelpunkt seines antreibenden Rad geschwenkt wird. Durch das Schwenken des Hebels findet ein Drehen des angetriebenen Rades relativ zum Hebel und damit auch ein Drehen des ersten Zahnrades relativ zum Hebel statt. Durch das Zahnradgetriebe wird diese Drehung auf die Nockenwelle übertragen und unter Umständen, d.h. je nach Übersetzung noch verstärkt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Einbaurichtung des Hebels beliebig wählbar ist, d.h. man kann entsprechend den Gegebenheiten an der Brennkraftmaschine frei in jeder gewünschten Richtung anbringen. Weiterhin weist diese Anordnung eine große Übersetzung auf, d.h. bei einem kleinen Schwenkwinkel des Hebels ergibt sich ein großer Verdrehwinkel der Nockenwelle. Dies hat Vorteile beim möglichen Verdrehwinkelbereich der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle und bei der möglichen Verstellgeschwindigkeit, jedoch zu Lasten der Verstellgenauigkeit der Vorrichtung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Nockenwellen jede Nockenwelle mit einem Hebel mit Zahnradgetriebe versehen. Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen, z.B. Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle, wird vorgeschlagen, sowohl die Einlass- als auch die Auslassnockenwelle mit einem Hebel mit Zahnradgetriebe zu versehen. Diese beiden Hebel bzw. Nockenwellenverstellvorrichtungen können gemeinsam oder individuell jeder für sich verstellt werden, so dass für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine bestmögliche Ventilöffnung- und Schließzeit eingestellt wird. Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei oder mehr Zylinderreihen, z.B. V-Motor, die dementsprechend mehrere Nockenwellen aufweisen, ist jede dieser Nockenwellen mit einem Hebel mit Zahnradgetriebe als Nockenwellenverstellvorrichtung versehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Hebel von einem gemeinsamen elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Verstellantrieb angetrieben. Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Einlass- und mehreren Auslassnockenwellen ist es vorteilhaft die Hebel zur Verstellung der Einlassnockenwellen ebenso wie die Hebel zur Verstellung der Auslassnockenwellen jeweils von einem gemeinsamen Verstellantrieb aus anzutreiben. Auf diese Weise werden die jeweiligen zusammengehörigen Einlass- bzw. Auslassnockenwellen synchron verdreht und es entstehen keine Fehlfunktionen in der Verbrennung oder im Gaswechsel der Brennkraftmaschine. Des weiteren wird durch eine Koppelung der Bauaufwand der Verstelleinrichtung und der Ansteuervorrichtung hierzu verringert.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Hebels in einem Nockenwellenantrieb zur Nockenwellenverstellung,
2 einen Nockenwellenantrieb mit Hebel zur Nockenwellenverstellung mit einem langen Umschlingungsgetriebe,
3 einen Nockenwellenantrieb mit Hebel zur Nockenwellenverstellung mit einem kurzen Umschlingungsgetriebe,
4 einen Nockenwellenantrieb mit Hebel zur Nockenwellenverstellung mit Antrieb über die Rückseite des Zugmittels,
5 einen Nockenwellenantrieb mit Hebel zur Nockenwellenverstellung mit Antrieb über ein zweites Umschlingungsgetriebe und
6 einen Nockenwellenantrieb mit Hebel zur Nockenwellenverstellung in einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen.
In 1 ist eine schematische Prinzipdarstellung eines von einem Zugmittel 1 angetriebenen und auf einem schwenkbaren Hebel 2 gelagerten Zahnradgetriebes 3 gezeigt. Das Zugmittel 1 ist zum Beispiel eine sogenannte Steuerkette, die von einer nicht gezeigten Kurbelwelle angetrieben wird und ihrerseits ein Rad 4 antreibt. Das angetriebene Rad 4 ist mit einem ersten Zahnrad 5 des Zahnradgetriebes 3 verbunden und auf dem schwenkbaren Hebel 2 drehbar gelagert. Der Hebel 2 ist auf der nicht gezeigten Nockenwelle um die Nockenwellenmitte 6 schwenkbar gelagert. Das erste Zahnrad 5 treibt ein zweites Zahnrad 7 an, das auf der Nockenwelle befestigt ist. Der Kraftfluss erfolgt vom Zugmittel 1 auf das angetriebene Rad 4, das erste Zahnrad 5 über das zweite Zahnrad 7 auf die Nockenwelle.
Der Hebel 2 wird durch einen nicht gezeigten Antrieb um die Nockenwellenmitte 6 geschwenkt, wobei das angetriebene Rad 4 auf dem Zugmittel 1 abrollt und sich zusammen mit dem ersten Zahnrad 5 um eine Drehachse 8 auf dem Hebel dreht. Diese Drehung wird vom ersten Zahnrad 5 über das zweite Zahnrad 7 auf die nicht gezeigte Nockenwelle übertragen und damit ein relatives Verdrehen der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle erreicht. Eine derartige Verstellung des Hebels 2 und damit verbundene Verdrehung der Nockenwelle ist sowohl bei stillstehender als auch bei einer Maschine in Betrieb möglich. Die Verdrehung wird zum Beispiel durch einen Elektromotor mit einem mechanischen Getriebe getätigt. Es ist aber auch ein hydraulischer Antrieb möglich, z.B. durch Öldruck einer Brennkraftmaschine, oder ein pneumatischer Antrieb, z.B. Unterdruck aus dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine.
In 2 ist ein Antrieb 9 einer Nockenwelle 12 mit einem Hebel 2 zur relativen Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle 10 mit einem langen Umschlingungsgetriebe 11 gezeigt. Die Antriebsleistung für die Nockenwelle wird von der Kurbelwelle 10 über das Umschlingungsgetriebe 11 mittels des Zugmittels 1 auf das angetriebene Rad 4 übertragen. Das angetriebene Rad 4 ist gemeinsam mit einem ersten Zahnrad 5 auf dem Hebel 2 drehbar gelagert. Das erste Zahnrad 5 treibt das zweite Zahnrad 7 an, das auf der Nockenwelle 12 befestigt ist und diese antreibt. Der Hebel 2 ist um die Nockenwellenmitte 6 schwenkbar gelagert.
Wird der Hebel 2 in die Lage 2' geschwenkt, verdrehen sich das angetriebene Rad 4 in die Lage 4', wodurch das erste Zahnrad 5 in die Stellung 5' bewegt wird und dabei das zweite Zahnrad 7 und die Nockenwelle 12 dreht. Auf diese Weise ist durch ein Schwenken des Hebels 2 ein Verdrehen der Nockenwelle 12 gegenüber der Kurbelwelle 10 sowohl im Stillstand als auch bei Betrieb der hier nicht näher beschriebenen Brennkraftmaschine möglich. Bei einer derartigen Anordnung des Umschlingungsgetriebes 11 und der Nockenwelle 12 findet bei einem Schwenken des Hebels 2 in die Lage 2' nur eine sehr kleine Abstandsänderung zwischen der Kurbelwelle und dem angetriebenen Rad 4 auf dem Hebel statt, die über ein nicht gezeigtes Spannsystem im Umschlingungsgetriebe 11 aufgefangen wird. Um diese Änderung möglichst klein zu halten, erfolgt das Schwenken des Hebels 2 am besten zwischen zwei ungefähr symmetrischen Endlagen 2' und 2'', um den Schwenkwinkel aus der Mittellage möglichst gering zu halten.
In 3 ist ein Antrieb 9 einer Nockenwelle 12 mit einem Hebel 2 zur relativen Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle 10 mit einem kurzen Umschlingungsgetriebe 13 gezeigt. Die Kraftübertragung von der Kurbelwelle 10 zur Nockenwelle 12 über ein kurzes Umschlingungsgetriebe 13 und den schwenkbaren Hebel 2 mit einem ersten Zahnrad 5 und einem zweiten Zahnrad 7 erfolgt wie in 2 gezeigt. Jedoch liegt das angetriebene Rad 4 von der Kurbelwelle 10 aus gesehen diesseits der Nockenwelle 12, wodurch sich ein insgesamt kurzer und platzsparender Aufbau ergibt, weil der Hebel 2 sich innerhalb einer Umrisskontur der nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine befindet. Bei einem Schwenken des Hebels 2 in die Lage 2' wird durch die beiden Zahnräder 5, 7 die Nockenwelle 12 relativ zur Kurbelwelle 10 verdreht, wie ebenfalls in 2 gezeigt. Bei einer derartigen Anordnung des Umschlingungsgetriebes 13 und der Nockenwelle 12 findet bei einem Schwenken des Hebels 2 in die Lage 2' eine kleine Abstandsänderung zwischen der Kurbelwelle und dem angetriebenen Rad 4 auf dem Hebel statt, die über ein nicht gezeigtes Spannsystem, im Umschlingungsgetriebe 13 aufgefangen wird. Um diese Änderung möglichst klein zu halten, erfolgt das Schwenken des Hebels 2 am besten zwischen zwei ungefähr symmetrischen Endlagen 2' und 2''.
In der 4 ist ein Antrieb 9 mit Hebel 2 zur Nockenwellenverstellung mit Antrieb über die Rückseite des Zugmittels 1 gezeigt. Eine Kurbelwelle 10 treibt ein Zugmittel 1, z.B. eine Kette oder einen Zahnriemen, über ein antreibendes Rad 14 an. Das Zugmittel ist über zwei Umlenkräder 15 in einem ungefähr dreieckigen Verlauf geführt. Zwischen den beiden Umlenkrädern 15 läuft ein angetriebenes Rad 4 auf der Außenseite des Zugmittels 1 und wird vom Zugmittel mit dessen Rücken angetrieben. Das angetriebene Rad 4 ist analog zu 1 auf einem schwenkbaren Hebel 2 mit einem ersten Zahnrad 5 auf einer Drehachse 8 drehbar gelagert. Das erste Zahnrad treibt ein zweites Zahnrad 7 an, das auf der Nockenwelle 12 befestigt ist.
Bei einem Schwenken des Hebels 2 um die Nockenwellenmitte 6 rollt das angetriebene Zahnrad 4 in einer Schleife 16 des Zugmittels 1 und verdreht über die beiden Zahnräder 5, 7 die Nockenwelle 12 relativ zur der Kurbelwelle 10. Durch das Schwenken in der Schleife 16 sind nur minimale Längenänderungen vom nicht gezeigten Spannsystem des Zugmittels auszugleichen und trotzdem ist eine platzsparende Bauweise des gesam ten Antriebes einschließlich der Verstellvorrichtung für die Nockenwellenphasenlage möglich.
In 5 ist ein Antrieb einer Nockenwelle 12 mit Hebel 2 zur Nockenwellenverstellung mit Antrieb über ein zweites Umschlingungsgetriebe 17 gezeigt. Eine Kurbelwelle 10 treibt über ein antreibendes Rad 14 und ein Zugmittel 1 ein angetriebenes Rad 4 an. Das angetriebene Rad 4 ist frei drehbar koaxial zur Nockenwelle 12 gelagert und treibt über ein Umschlingungsgetriebe 17 ein erstes Zahnrad 5 an. Das Umschlingungsgetriebe 17 besteht aus einem ersten Rad 18, das mit dem angetriebenen Rad 4 drehfest gekoppelt ist, einem zweiten Zugmittel 19 und einem zweiten Rad 20, das mit dem ersten Zahnrad 5 drehfest gekoppelt ist. Das erste Zahnrad 5 treibt ein zweites Zahnrad 7 an, das auf der Nockenwelle 12 befestigt ist. Das zweite Rad 20 und das erste Zahnrad 5 sind auf einem um die Mitte der Nockenwelle 12 schwenkbaren Hebel 2 gelagert. Bei einem Schwenken des Hebels 2 um die Mitte der Nockenwelle 12 rollen das zweite Rad 20 mit dem ersten Zahnrad 5 im zweiten Zugmittel 19 und verstellen über die Drehrichtungsumkehr und die Übersetzung vom ersten Zahnrad 5 zum zweiten Zahnrad 7 die relative Drehlage der Nockenwelle 12 zur Kurbelwelle 10. Bei dieser Anordnung des Verstelleinrichtung mittels Hebel 2 tritt keinerlei Längenänderung im Zugmittel auf, d.h. eine nicht gezeigte Spannvorrichtung muss nur die über die Betriebszeit auftretende Längung des Zugmittels (Verschleiß) ausgleichen. Die Richtung, in der Hebel 2 angeordnet ist, hat keinerlei Einfluss auf die Funktion der Vorrichtung und ist ausschließlich von den Einbauverhältnissen in der Brennkraftmaschine abhängig.
In 6 ist ein Antrieb 9 mit Hebel 2 zur Verstellung von Nockenwellen 12 in einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen gezeigt. Ein Zugmittel 1 in Form einer Kette wird von einer nicht gezeigten Kurbelwelle angetrieben und verläuft über zwei Umlenkräder 15 und eine kurze Gleitschiene 21. Es sind jedoch auch andere Führungsmittel wie zum Beispiel Gleit- oder Umlenkschienen zur Umlenkung der Kette möglich. Jeweils zwischen einem Umlenkrad 15 und der Gleitschiene 21 treibt das Zugmittel 1 ein angetriebenes Rad 4 an. Auf der in 6 linken Bildseite ist das angetriebene Rad 4 in einer mittleren Position gezeigt, auf der rechten Bildseite ist das angetriebene Rad in zwei extremen Schwenklagen 4' und 4'' gezeigt. Die beiden Hebel 2 sind um die Nockenwellenmitte 6 schwenkbar gelagert und tragen jeweils ein erstes Zahnrad 5 und ein zweites Zahnrad 7. Durch diese Zahnradübersetzung ist es möglich die bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine notwendige Übersetzung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle 12 von 1:2 innerhalb der Zahnradübersetzung im Hebel 2 zu erreichen, wodurch sich alle anderen Räder im gesamten Antrieb der Nockenwelle auf ein Mindestmaß reduzieren lassen. Zum Vergleich sind die Außendurchmesser der Kettenräder 22 eines üblichen Nockenwellenantriebes mit einer 1:2-Übersetzung im Kettentrieb gezeigt, die wesentlich größer sind und einen größeren Einbauraum erfordern. Bei einer derartigen Anordnung sind außerdem Mindestabstände der Nockenwellen einzuhalten, die einer optimalen Ventiltriebgestaltung unter Umständen entgegenstehen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung des Nockenwellenantriebes ist dagegen die Lage der Nockenwelle relativ frei wählbar und der Platzbedarf ist wesentlich geringer als bei einer konventionellen Anordnung. Außerdem sind die Steuerzeiten der Gaswechselventile, d.h. die Öffnungs- und Schließzeitpunkte, durch diese platzsparende und einfach aufgebaute Vorrichtung in weiten Bereichen frei wählbar durch einfaches Schwenken der Hebel 2. Ein nicht gezeigter Antrieb zum Schwenken der Hebel 2 ist z.B. seitlich der Hebel angeordnet und betätigt die Hebel auf elektrische, hydraulische, pneumatische oder mechanische Weise. Es ist sowohl möglich die beiden Hebel 2 gemeinsam von einem Antrieb als auch getrennt und unabhängig voneinander von zwei Antrieben anzutreiben. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderköpfen, z.B. V-Motor, ist es möglich die beiden Hebel 2, die die Phasenlage der Einlassnockenwelle verändern, und die beiden Hebel, die die Phasenlage der Aunlassnockenwelle verändern, jeweils gemeinsam von einem Antrieb aus anzutreiben. Auf diese Weise ist eine kostengünstige Phasenverstellung von mehreren Nockenwellen einfach und ohne großen Platzbedarf und Bauaufwand herstellbar.

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, mindestens einer Nockenwelle (12) einem Umschlingungsgetriebe zwischen der Kurbelwelle und der mindestens einen Nockenwelle und einer Vorrichtung zur relativen Verdrehung der mindestens einen Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle und dass zwischen einem Abtrieb (4) des Umschlingungsgetriebes und einem Antrieb der Nockenwelle (12) ein Zahnradgetriebe (3) mit zwei kämmenden Zahnrädern an einem um die Nockenwellenmitte (6) schwenkbaren Hebel (2) angeordnet ist und das Umschlingungsgetriebe ein erstes Zahnrad (5) antreibt, dessen Drehachse (8) um die Nockenwellenmitte (6) schwenkbar gelagert ist und das in ein zweites Zahnrad (7) eingreift, das auf der Nockenwelle (12) befestigt ist, wobei die relative Verdrehung durch ein Schwenken des Hebels erfolgt dass ein angetriebenes Rad (4) des Umschlingungsgetriebes auf dem schwenkbaren Hebel (2) koaxial zum ersten Zahnrad (5) gelagert ist und dieses antreibt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2) elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben um die Nockenwellenmitte (6) schwenkbar ist.
Brennkräftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Führungs- und Spannelemente des Umschlingungsgetriebes mit dem schwenkbaren Hebel (2) gekoppelt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels (2) das antreibende (14) und das abtreibende (4) Rad des Umschlingungsgetriebes (11) mit der Nockenwellenmitte (6) in einer Ansicht in Richtung der die Nockenwellenmitte bildenden Nockenwellenlängsachse ungefähr auf einer Geraden liegen wobei die Nockenwellenmitte (6) zwischen den beiden Rädern (14, 4) des Umschlingungsgetriebes liegt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels (2) das antreibende (14) und das abtreibende (4) Rad des Umschlingungsgetriebes (13) mit der Nockenwellenmitte (6) in einer Ansicht in Richtung der die Nockenwellenmitte bildenden Nockenwellenlängsachse ungefähr auf einer Geraden liegen, wobei das angetriebene Rad des Umschlingungsgetriebes zwischen dem antreibenden Rad und der Nockenwellenmitte angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer etwa mittleren Lage des schwenkbaren Hebels (2) das antreibende (14) und das abtreibende (4) Rad des Umschlingungsgetriebes mit der Nockenwellenmitte (6) in einer Ansicht in Richtung der die Nockenwellenmitte bildenden Nockenwellenlängsachse ungefähr auf einer Geraden liegen, wobei das angetriebene Rad des Umschlingungsge triebes zwischen dem antreibenden Rad und der Nockenwellenmitte angeordnet ist und das Zugmittel (1) des Umschlingungsgetriebes so um das angetriebene Rad verlegt ist, dass es das Rad mit seiner Außen- bzw. Rückseite antreibt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein angetriebenes Rad (4) des Umschlingungsgetriebes koxial zur Nockenwellenmitte (6) gelagert ist und seinerseits über ein weiteres Umschlingungsgetriebe (17) das erste Zahnrad (5) auf dem schwenkbaren Hebel (2) antreibt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine mit mehreren Nockenwellen (12) jede Nockenwelle mit einem schwenkbaren Hebel (2) mit Zahnradgetriebe (3) versehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere schwenkbare Hebel (2) von einem gemeinsamen elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Verstellantrieb angetrieben sind.