DE2715431A1

DE2715431A1 - Vorrichtung zur steuerung der ventileinstellung bei motoren mit innerer verbrennung

Info

Publication number: DE2715431A1
Application number: DE19772715431
Authority: DE
Inventors: Stephen William Mitchell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-04-04
Publication date: 1977-10-13
Also published as: JPS6156408B2; USRE31917E; GB1522405A; IT1084671B; US4131096A; FR2346555A1; CA1074197A; JPS52121116A; DE2715431C2

Description

Vorrichtung zur Steuerung der Ventileinstellung bei Motoren mit innerer Verbrennung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ventileinstellung und insbesondere auf eine veränderbare Einstellvorrichtung für Motoren mit iinerer Verbrennung.

Es ist bekannt, daß der volumetrische Wirkungsgrad beispielsweise eines mit Tellerventilen ausgestatteten Viertaktmotors mit innerer Verbrennung eine Funktion ist der Ventileinstellung. Ein Motor mit einer Ventileinstellung derart, daß das Einlaßventil geringfügig vor der oberen Totpunktlage des KoI-

7 η °. >\ L1 /1 η η

2 7 1 b 4 3 1 - e -

bens geöffnet und geringfügig nach Erreichung der unteren Totpunktlage des Kolbens geschlossen wird, besitzt einen guten voluraetrischen Wirkungsgrad und damit ein gutes Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen. Wenn im Gegensatz hierzu ein guter volumetrischer Wirkungsgrad und damit eine große Kraft bei hohen Drehzahlen erreicht werden soll, ist es nötig, daß das Einlaßventil weiter vor der Erreichung der oberen Totpunktlage des Kolbens öffnet und weiter nach Erreichung der unteren Totpunktlage des Kolbens schließt.

Ein weiteres Problem bei Ventil-Einstellvorrichtungen liegt darin, daß das Einlaßventil und das Auslaßventil sich überlappen, was der Fall ist, wenn das Einlaßventil und das Auslaßventil sich in Offenstellung befinden, wenn der Kolben sich der oberen Totpunktlage nähert und sich von ihr entfernt. Die Verringerung dieser Überlappung bei niedrigen Motordrehzahlen führt zu einem verringerten Ausstoß von Auspuffgasen dadurch, daß ein Teil des angesaugten Luft-Brennstoff-Gemisches daran gehindert wird, in das Auspuffsystem überzugehen. Es ist auch bekannt, daß ein Nutzen dadurch erreichbar ist, daß das öffnen des Auslaßventiles bei niedrigen Drehzahlen verzögert wird, um mehr Kraft aus dem Expansionshub zu erhalten und dadurch den Brennstoffverbrauch zu senken, und daß die Öffnung des Auslaßventiles bei hohen Drehzahlen vorverlegt wird, um einen Kraftaufwand

beim Ausstoß der Auspuffgase zu vermeiden. Motoren mit einer festen Ventileinstellung müssen daher immer einen Kompromiß bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ventileinstellung zu schaffen, die die vorerwähnten Nachteile der bekannten Einstellvorrichtungen nicht aufweist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventil-Einstellvorrichtung für einen Motor mit innerer Verbrennung mit wenigstens einer die Ventile steuernden, von einer Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein bewegliches Element aufweist, das durch die Kurbelwelle drehbar und zur Nockenwelle parallel verschiebbar ist in Abhängigkeit von einem Arbeitsparameter des Motors, und daß das bewegliche Element mit der Nockenwelle durch eine exzentrische Kupplung derart verbunden ist, daß die relativ zur Nockenwelle erfolgende Bewegung des beweglichen Elementes die Winkelstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle und ebenfalls den Grad der Winkelbewegung der Nockenwelle und damit die Ventileinstellung verändert .

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Motor mit innerer Verbrennung mit wenigstens einem Zylinder, wenigstens einem

709841/1009

r/ •J.

Einlaß- und wenigstens einem Auslaßventil für jeden Zylinder, mit Nockenwellen zur Öffnung des Einlaß- und des Auslaßventils für jeden Zylinder, mit einer Kurbelwelle und mit einer Antriebsvorrichtung zur Betätigung der Nockenwellen durch die Kurbelwelle, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein bewegliches Element besitzt, das durch die Kurbelwelle drehbar und mit wenigstens einer Nockenwelle durch eine exzentrische Kupplung verbunden ist und das in einer Translationsbewegung beweglich ist relativ zur Nockenwelle in Abhängigkeit von einem Arbeitsparameter des Motors, wobei durch die Bewegung des beweglichen Elementes über die exzentrische Kupplung die Winkelstellung der Nockenwelle relativ zur Winkelstellung der Kurbelwelle und auch der Grad der Winkelbewegung der Nockenwelle und damit die Ventileinstellung geändert wird.

Vorzugsv/eise erfolgt die Translationsbewegung des beweglichen Elementes in Abhängigkeit von der Motorlast und/oder von der Motordrehzahl.Das bewegliche Element kann auf einem schwenkbaren Arm oder statt dessen auch beispielsweise auf einem Schieber angeordnet sein. Der Schwenkarm oder der Schieber kann so angeordnet und ausgebildet sein, daß das Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile gemeinsam geändert werden kann in Abhängigkeit von den Änderungen der Motordrehzahl und daß auch das Öffnen und das Schließen der Einlaß-

7 0 9 ■""; -',1/1009

— β —

ventile relativ zur öffnung und Schließung der Auslaßventile geändert werden kann in Abhängigkeit von Änderungen der Motorlast.

Das bewegliche Element besitzt vorzugsweise die Form einer Scheibe, die einen radialen Schlitz besitzt, in dem ein Folgeglied angeordnet ist, das exzentrisch von der Nockenwelle aufgenommen ist. Bei einer Abwandlung kann das bewegliche Element ein exzentrisches Folgeglied besitzen, das gleitend in einem Schlitz einer Scheibe aufgenommen ist, die von der Nockenwelle getragen ist.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet

Fig. 1 Längsschnitt durch einen Vier-Zylinder-Motor ;

Fig. 2 Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig.1; Fig. 3 Schnitt gemäß Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 Schnittdarstellung eines Teiles der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

8 41/1009

Fig. 5, 6 u. 7 Darstellungen gemäß Fig. 4, bei denen die dargestellten Teile des Motors unterschiedliche Stellungen einnehmen;

Fig. 8 Darstellung der Winkelbewegung einer Einlaß-Nockenwelle unter variierenden Bedingungen;

Fig. 9 Schnitt durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß Fig. 3 zur Steuerung einer abgewandelten Ventil-Einstellvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 10 schematische Darstellung einer möglichen Nockenwellen-Anordnung.

In der Fig. 1 sind die üblicherweise bei einem Motor vorgesehenen Teile, die auf die Erfindung keinen Einfluß haben, nicht mit Bezugsziffern versehen und werden nachstehend auch nicht beschrieben. Der Motor besitzt vier Zylinder 1, 2, 3 und 4, von denen jeder zwei Einlaßventile 5 und zwei Auslaßventile 6 besitzt. Es sind vier Nockenwellen 7, 8, 9,10 für die Einlaßventile und vier nicht dargestellte Nockenwellen für die Auslaßventile 6 vorgesehen. Die Nockenwellen 7 und 10

4 1/1009

271643 - t -

werden durch eine Welle angetrieben, die sich durch die Nokkenwellen 8 und 9 erstreckt. Eine Kurbelwelle 11 treibt ein drehbares Element 12 über Zahnräder 13 und 14 an; das Element 12 ist auf einem schwenkbaren Arm 15 aufgenommen, der drehbar ist um einen Lagerzapfen 16, auf dem das Zahnrad aufgenommen ist.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist für jedes Auslaßventil des Zylinders 1 ein Auslaßnocken 17 vorgesehen, und Fig. 3 zeigt eine Auslaßnocke 18 für die Auslaßventile des Zylinders 3. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Element 12 durch einen Zahnkranz 14 über ein weiteres Element 19 angetrieben ist; die Elemente 12 und 19 sind gemeinsam beweglich auf dem Arm 15 angeordnet, der um den Bolzen 16 schwenkbar ist. Die Stellung des Armes 15 ist im einzelnen bei Fig. 9 erläutert.

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind Einlaß- und Auslaßventile 5, 6, Einlaß- und Auslaßkanäle 21, 22 und eine Zündkerze 23 vorgesehen. Außerdem ist die Antriebsvorrichtung der Einlaß- und Auslaßnockenwellen 7, 17 im einzelnen gezeigt.

Die Einlaß-Nockenwelle 7 trägt einen daumenförmigen Nocken 24 und einen Exzenter 25 mit einem Folgeglied 26. Das Folgeglied 26 ist in einem Schlitz 27 des beweglichen Elementes 12 angeordnet, das nachfolgend mit dem Ausdruck Exzenter-

7090Λ1/1009

^71bA 3 1 - ß -

Scheibe bezeichnet wird. Die Auslaß-Nockenwelle 17, die die Auslaßventile des Zylinders 1 betätigt, besitzt ebenfalls einen daumenförraigen Nocken 28, einen Exzenter 29, ein Folgeglied 30 und einen Schlitz 31 in der Exzenterscheibe 19. Die Exzenterscheiben 12 und 19 sind in Lagern aufgenommen und werden mit der halben Drehzahl durch die Zahnräder 13, 14 von der Kurbelwelle 11 angetrieben. Die Lager sind in dem Arm 15 angeordnet, der derart schwenken kann, daß die Drehachsen der Exzenterscheiben 12 und 17 mit den Achsen der Nockenscheiben 7 und 17 zusammenfallen oder diesen gegenüber in eine exzentrische Stellung bewegt werden können.

Die Tig. 4 zeigt die Bedingung für hohe Motordrehzahlen, bei der der Arm 15 an einem geeigneten Anschlag anliegt; hierbei ist die Stellung des Armes so, daß die Achse der der Einlaß-Nockenwelle zugeordneten Exzenterscheibe 12 mit der Achse der Einlaß- Nockenwelle 7 zusammenfällt. Die zeitliche Öffnung und Schließung des Einlaßventiles wird bestimmt durch die Formgebung des Einlaßnockens 24. Die Achse der der Auslaß-Nockenwelle zugeordneten Exzenterscheibe 19 fällt ebenfalls mit der Achse der Auslaß-Nockenwelle 17 zusammen, und die zeitliche öffnung und Schließung des Auslaßventiles wird bestimmt durch die Formgebung des Auslaß-Nockens 28. Die Nokken 24 und 28 sind so ausgebildet, daß das Einlaßventil 5 weiter vor Erreichung des oberen Totpunktes des Kolbens geöffnet

7090 4 1/1009

7 1543t

und weiter nach Erreichung seines unteren Totpunktes geschlossen wird. Das Auslaßventil 6 wird weiter vor Erreichung des unteren Totpunktes des Kolbens geöffnet und weiter nach Erreichung seines oberen Totpunktes geschlossen.

Die Fig. 4 zeigt das Einlaßventil 5 bei der öffnung und das Auslaßventil 6 bei der Schließung, während die Fig. 5 das Einlaßventil 5 bei der Schließung und das Auslaßventil 6 bei der Schließung zeigt. Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind diese Darstellungen bezogen auf die hohe Motordrehzahl, wobei die Achsen der Nockenwellen 7 und 17 mit den Achsen der Exzenterscheiben 12 und 19 zusammenfallen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen nicht die korrekten relativen Stellungen der Einlaß- und Aulaßnockenwellen, sondern einfach die Öffnungs- und Schließpositionen. Die entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 4 sind in den Fig. 5 bis 7 nicht eingezeichnet, jedoch in der Beschreibung angesprochen.

Die Fig. 6 zeigt das Einlaß- und Auslaßventil bei der öffnung, und Fig. 7 zeigt das Einlaß- und Auslaßventil bei der Schließung, wenn die Stellung des Armes 15 so verändert ist, daß die Achsen der Exzenterscheiben 12 und 19 mit maximaler Exzentrizität zu den Achsen 7 und 17 liegen. Der Arm 15 ist durch die Kolben-Zylinder-Anordnung 20 bei niedriger Motor-

- 10 -

709841/1009

27 1

drehzahl Indie beschriebene Stellung bewegt worden, wie sich aus der folgenden Beschreibung der Fig. 9 ergibt. Die Winkelstellungen der Folgeglieder 26 und 3O relativ zur Bewegungsrichtung des Armes 15 sind derart, daß die Exzenterscheiben 12 und 19 einen größeren Winkel zurückzulegen haben, damit die Nocken 24 und 28 sich in der Startstellung für die Ventilöffnung befinden. Wenn das Einlaßventil 5 bei hoher Motordrehzahl normalerweise wesentlich vor Erreichung des oberen Totpunktes des Kolbens geöffnet wird, muß die Kurbelwelle des Motors die doppelte Winkelbewegung durchführen, die die Exzenterscheibe 4 vollführt, und daher wird das Einlaßventil später öffnen, als es sich bei hoher Motordrehzahl öffnen würde. Daher öffnet es sich jetzt unmittelbar bevor der Kolben seine obere Totpunktstellung erreicht hat, wenn die Anordnung auch so getroffen werden kann, daß die Öffnung unmittelbar nach Erreichung der oberen Totpunktstellung erfolgt, wenn dies notwendig ist. Bei dem Auslaßventil 6, das bei hoher Drehzahl normalerweise wesentlich vor Erreichung des unteren Totpunktes des Kolbens öffnet, hat die Kurbelwelle des Motors die doppelte Winkelbewegung zurückzulegen, die die Exzenterplatte 19 durchzuführen hat, und daher öffnet das Auslaßventil 6 später, als es bei hoher Motordrehzahl öffnen würde. Es öffnet daher unmittelbar bevor der Kolben die untere Totpunktstellung erreicht hat.

- 11 -

Wenn sich der Arm 15 in einer der niedrigen Motordrehzahl entsprechenden Stellung befindet, wird durch die Exzentrizität der Exzenterscheiben 12 und 19 gegenüber den Mittelpunkten der Einlaß- und Auslaßnockenwellen 7 und 17 nicht nur die Öffnungsstellung der Einlaß- und Auslaßnocken relativ zur Motorkurbelwelle (Fig. 6) geändert, sondern die Exzenterscheiben 12 und 19 haben die Nockenwellen durch eine reduzierte Winkelbewegung zu drehen, um die Einlaß- und Auslaßventile zu schließen (Fig. 7). Die reduzierten Winkelbewegungen der Exzenterscheiben, die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben werden, führen nicht nur zu einer späteren öffnung der Einlaß- und Auslaßventile, sondern auch zu einer früheren Schließung, d.h., daß bei voller Exzentrizität das Einlaßventil sich unmittelbar vor Erreichung der oberen Totpunktstellung des Kolbens öffnet und unmittelbar nach Erreichung der unteren Totpunktstellung schließt, und daß das Auslaßventil sich unmittelbar vor Erreichung der unteren Totpunktstellung des Kolbens öffnet und unmittelbar nach Erreichung seiner oberen Totpunktstellung schließt, wenn die Anordnung auch so getroffen werden kann, daß eine Schließung unmittelbar vor Erreichung der oberen Totpunktstellung erfolgt.

Fig. 8 zeigt die Winkelbewegung der Einlaß- Nockenwelle 7 relativ zu der konstanten Winkelbewegung der Exzenterschei-

- 12 -

7098^1/1009

be 12 während einer vollen Periode der öffnungs- und Schließbewegung des Einlaßventiles, während die Bewegung der Nockenwelle 7 nicht relevant ist, während die Nocke 24 sich auf ihrem Basiskreis befindet. Die Orientierung der Exzentrizität längs einer Achse kann so sein, daß die Reduktion der Winkelbewegung infolge der Exzentrizität gleichgeteilt ist zwischen der Öffnung und der Schließung der Nocke; dies braucht jedoch notwendigerweise nicht zu sein, und eine andere Achse kann gewählt werden, die den Grad der Öffnung bezogen auf den Grad der Schließung ändert, so daß die Winkeldifferenz zwischen der Öffnung des Einlaßventiles bei hoher Motorendrehzahl und der Öffnung des Einlaßventiles bei niedriger Motorendrehzahl unterschiedlich ist zu der Winkeldifferenz zwischen dem bei hoher Motorendrehzahl schließenden Einlaßventil und dem bei niedriger Motorendrehzahl schließenden Einlaßventil. Diese Unterschiede können auch Anwendung finden
auf die Arbeitsweise des Auslaßventiles.

Der Grad der Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle bei exzentrisch zu dieser liegenden Scheibe 12 folgt
einer gleichmäßigen Kurve, und der minimale Grad der Änderung der Winkelgeschwindigkeit liegt vorzugsweise dann
vor, wenn die Nocke mit der Öffnung beginnt oder gerade das Ventil schließt; in Betracht der ändernden Wirkung des Grades des Wechsels der Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils,

- 13 -

7 0 ^c ⁿ Ä 1 / 1 0 Π 3

- J.3 -

die durch das Nockenprofil bedingt ist, ist die sich ergebende Bahn der Öffnung und Schließung des Ventils bei niedriger Drehzahl ideal angepaßt an die Öffnungsbedingungen des Ventils, wie sie von dem Motor verlangt werden aufgrund der Tatsache, daß Nockenprofile, die auf hohe Drehzahlen ausgelegt sind, zu einer negativen Beschleunigung des Ventil-Zahnrades führen, wenn das Ventil weniger als seine halbe ßffnungsbewegung durchgeführt hat, damit die Ventilfeder das Ventil in Kontakt mit dem Nockenprofil halten kann. Bei niedrigen Motordrehzahlen, wenn die Anfangsbelastungen des Ventil-Zahnrades klein sind, verzögert die exzentrische Vorrichtung die negative auf das Ventil wirkende Beschleunigung, so daß das Einlaßventil sich weiter öffnet bei der Stellung der maximalen Kolbenbeschleunigung, wodurch eine weitere Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades sich ergibt.

Die Fig. 9 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung 20 gemäß Fig. 3 und eine abgewandelte Vorrichtung zur Ventileinstellung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Kolben-Zylinder-Anordnung 20 besitzt einen Kolben 32, der in einem Zylinder 33 bewegbar ist durch den Öldruck, der von der ölpumpe des Motors abgeleitet wird. Ein Steuerkolben 34 wird durch eine nicht dargestellte Einheit, bei-

- 14 -

7 0 i> . A 1 / 1 0 0 9

271S431

-IA-

spielsweise eine Zentrifugal-Vorrichtung, zur Ermittlung der Motordrehzahl eingestellt, die in Verbindung mit einem Diaphragma in der Ansaugleitung verwendet werden kann zur Abtastung der Motorbelastung, oder der Steuerkolben kann auch eingestellt werden mittels einer von geeigneten Umwandlern gesteuerten elektrischen Einheit, wobei die Betätigungskraft des Steuerkolbens 34 klein ist. Der Steuerkolben 34 ist im Körper des Kolbens 32 aufgenommen, so daß die relative Bewegung der beiden Kolben 32 und 34 eine Regulier-Wirkung ausüben kann.

Das öl aus der ölpumpe des Motors wird in den Zylinder 33 an der Ringraum-Seite des Kolbens 3 2 eingeführt, wobei die Fläche dieser Kolbenseite 50% der vollen Fläche des Kolbens beträgt. Die Förderung von der Ringseite des Kolbens 32 wird in einer Ausnehmung 3 5 aufgenommen, aus der sie durch Bohrungen in eine Ausnehmung zwischen den vorstehenden Flächen 36 und 37 des Steuerkolbens 34 gerichtet wird.

Die Breite der vorstehenden Fläche 36 des Steuerkolbens 34 ist kleiner als die Breite der Ausnehmung 38 im Kolben 32, so daß das öl aus der Ausnehmung zwischen den Flächen 36 und 37 in die Ausnehmung 38 fließt und in die Ausnehmung zwischen einer Fläche 39 und einer Fläche 36 des Steuerkolbens 34 entweicht und dann in den Motor abfließt durch

- 15 -

7 0S ;> 4 1 /10 0 9

271b43

- ve -

Öffnungen, die um die linke Seite des Steuerkolbens 34 angeordnet sind. Die Geschwindigkeit, mit der das öl aus der Öffnung 38 in die Öffnung zwischen den Flächen 36 und 39 des Steuerkolbens fließt, ist eine Funktion der Differenz zwischen der Breite der Fläche 36 und der Breite der Ausnehmung 38 im Körper des Kolbens 32, und der Fluß ist derart, daß der Druck in der Ausnehmung 38 der Hälfte des Lieferungsdruckes entspricht. Das öl der Ausnehmung 38 wird zur vollen Fläche des Kolbens 32 gefördert, und es ist klar, daß der halbe auf die volle Kolbenfläche wirkende Förderdruck gleich ist dem Druck, der erzielt wird durch den vollen Druck, der auf die Ringfläche des Kolbens wirkt, die 50% der vollen Kolbenfläche beträgt.

Jede kleine Bewegung des Steuerkolbens 34 ändert den auf die volle Seite des Kolbens 32 wirkenden Druck, der den Kolben bewegt. Diese Bewegung relativ zum Steuerkolben setzt sich fort, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.

In der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung stellt der Kolben 32 den Arm 15 in Übereinstimmung mit der Einstellung des Steuerkolbens 34 ein, der wiederum in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder Last des Motors oder von der Geschwindigkeit und der Last des Motors eingestellt wird. Die Einstellung des Kolbens 32 und des Armes 15 bedingt die genaue Ein-

- 16 -

7 0 9 b L 1 / 1 0 0 9

Stellung der Exzentrizität der exzentrischen Scheiben 12 und 19, um die jeweils erforderliche Ventileinstellung für die besondere Motordrehzahl, die Motorbelastung oder die Motordrehzahl und die Motorbelastung zu erhalten.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 9 wird der Steuerkolben 34 durch eine Zentrifugal-Vorrichtung eingestellt, die nicht dargestellte Pendelgewichte besitzt, die auf eine gleitend in einem Zahnrad 40 aufgenommene Stange wirken, wobei das Zahnrad 40 in Lagern 41 aufgenommen ist. Das Zahnrad 40 besitzt zwei Schlitze, in denen Folgeglieder 42 und 43 gleitend aufgenommen sind. Das Folgeglied 4 2 ist mit der Nockenwelle 44 des Auslaßventiles verbunden, die eine Nocke 45 besitzt, und das Folgeglied 43 ist mit der Nockenwelle 46 des Einlaßventiles verbunden, die eine Nocke 47 trägt. Die Auslaß-Nockenwelle 44 verläuft in der Einlaß-Nockenwelle 46, wobei die Nockenwellenanordnung in Lagern 48, 49 aufgenommen ist.

Das Zahnrad 40 ist in einer Scheibe angeordnet, die senkrecht zur Ebene der Fig. 9 gleiten kann. Die Stellung des Zahnrades 40 relativ zu den Nockenwellen wird gesteuert durch einen nicht dargestellten Bolzen, der in einem winkelförmigen, nicht dargestellten Schlitz in der Scheibe 50 gleitet, die mit dem Kolben 32 beweglich ist. Wenn der Kolben

- 17 -

7 0 9 : Λ 1 / 1 0 0 9

ΙΊ

und damit die Scheibe 50 nach links in Fig. 9 bewegt wird, bewegt sich das Zahnrad in einer Richtung aus der Ebene der Fig. 9 heraus und umgekehrt.

Wenn die Achsen der Zahnräder 40 und der Nockenwellen zusammenfallen, betätigen die Nocken 4 5 und 47 die Ventile in üblicher Weise. Wenn das Zahnrad sich bewegt derart, daß die Achsen nicht mehr zusammenfallen, erfolgt die Ventileinstellung in der Weise, wie sie anhand der Fig. 2 bis 8 beschrieben ist.

Die vorstehend beschriebene hydraulische Einheit kann ersetzt werden durch eine abgewandelte Betätigungsvorrichtung. Beispielsweise kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 eine Zentrifugal-Vorrichtung verwendet werden zur direkten Steuerung der Einstellung der Scheibe 50. Die Zentrifugal-Vorrichtung ist vorzugsweise auf der Kurbelwelle angeordnet und mit der Platte 50 durch einen Bowdenzug oder durch eine ähnliche Kupplung verbunden. Die Scheibe 50 kann in der Stellung niedriger Motordrehzahl durch eine Feder beaufschlagt sein.

Bei den vorstehend beschriebenen Motoren können übliche Nokken verwendet sein, deren Formgebung durch mathematische Formeln bestimmt ist, um ihnen eine höchstmögliche Geschwindig-

- 18 -

7 ο c· /. - /1 ο η ρ

keit der Ventilbetätigung zu verleihen, ohne daß zusätzliche Massen bei hoher Motorendrehzahl einwirken außer der Ventile und ihrer Zubehörteile und eines Anteils der Masse der Ventilfeder, wie sie bei obenliegenden Nockenwellen Anwendung findet. Die veränderbare exzentrische Scheiben-Vorrichtung kann die Winkelgeschwindigkeit eines feststehenden Exzenters steuern, der anstelle einer Nocke zur Öffnung und Schließung der Ventile benutzt werden kann.

Wenn die Achsen der Nockenwellen und der Exzenterscheiben zusairanenfallen, bewegen sich die Folgeglieder nicht radial in den Schlitzen der Exzenterscheiben, sondern eine radiale Bewegung erfolgt dann, wenn die Achsen nicht zusairanenfallen. In der Beschreibung sind die Achsen derart angeordnet, daß sie bei hohen Motordrehzahlen zusammenfallen, so daß die maximale radiale Gleitbewegung der Folgeglieder bei einer relativ geringen Drehzahl erfolgt; gegebenenfalls können die Achsen auch so angeordnet sein, daß sie bei einer geringen oder einer mittleren Drehzahl zusammenfallen.

Der Antrieb zwischen der Kurbelwelle und den Exzenterscheiben kann auf andere Weise als durch Zahnradübersetzungen erfolgen, beispielsweise durch Ketten.

Gemäß Fig. 9 können die Auslaß- und Einlaßventile auch durch

- 19 -

7 0 ^r- ^: ■-. " -■' ¹OOB

-Vi-

ein einziges bewegliches Element angetrieben werden.

Gegebenenfalls können alle Ventile eines Drei-Zylinder-Reihenmotors durch ein einziges bewegbares Element angetrieben werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Einlaßnocke 51 des dritten Zylinders auf einer ersten Nockenwelle 52, die Auslaßnocke 53 des dritten Zylinders und die Einlaßnocke 54 des zweiten Zylinders auf einer zweiten Nockenwelle 55, durch die sich die erste Nockenwelle erstreckt, die Auslaßnocke 56 des zweiten Zylinders und die Einlaßnocke 57 des dritten Zylinders auf einer dritten Nokkenwelle 58, durch die sich die erste und zweite Nockenwelle erstrecken, und die Auslaßnocke 59 des ersten Zylinders auf einer kurzen vierten Nockenwelle 60 angeordnet sind, die auf der dritten Nockenwelle mit der ersten Nockenwelle rotiert. Die erste und vierte Nockenwelle sind durch ein einziges Folgeglied 61 mit einem beweglichen Element 62 verbunden, mit dem die zweite und dritte Nockenwelle durch entsprechende, nicht dargestellte Folgeglieder verbunden sind. Drei weitere in Reihe liegende Zylinder können von der anderen Seite des bewegbaren Elementes 62 angetrieben werden.

- 20 -

7 0 Q ρ /_} 1 / 1 0 Π 9

Leerseite

Claims

2716431

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Steuerung der Ventileinstellung bei Motoren mit innerer Verbrennung mit wenigstens einer von der Kurbelwelle getriebenen Nockenwelle für die Ventile, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches, von der Kurbelwelle in Drehung versetzbares und in Abhängigkeit von den Betriebsparainetern des Motors relativ zur Nockenwelle translatorisch verschiebbares Element vorgesehen ist, das mit der Nockenwelle über ein exzentrisches Kupplungsglied in der Weise verbunden ist, daß eine Bewegung des beweglichen Elementes einerseits die Winkelstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle und andererseits den Grad der Winkelbewegung der Nockenwelle und damit die Ventileinstellung verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei einem Motor mit innerer Verbrennung,mit wenigstens einem Zylinder, wenigstens einem Einlaß- und wenigstens einem Auslaßventil für jeden Zylinder, mit Nockenwellen zur Öffnung und Schließung der Auslaßventile für alle oder jedne Zylinder, mit einer Kurbelwelle und mit einer Vorrichtung zum Antrieb der Nokkenwelle von der Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein bewegliches Element besitzt, das durch die Kurbelwelle drehbar und mit wenig-

- 21 -

709841/1009
ORIGINAL INSPECTED

• ι.

stens einer Nockenwelle durch ein exzentrisches Kupplungsglied verbunden ist, und das relativ zu wenigstens
einer Nockenwelle translatorisch beweglich ist in Abhängigkeit von einem Arbeitsparameter des Motors, wobei bei Bewegung des bev/eglichen Elementes das exzentrische Kupplungsglied die Winkelstellung der Nockenwelle relativ zur Winkelstellung der Kupnlungswelle und den Grad der Winkelbewegung der Nockenwelle und damit die Ventileinstellung verändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des drehbaren Elementes in Abhängigkeit von der Motorlast erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des drehbaren Elementes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des drehbaren Elementes in Abhängigkeit von der Belastung und der Drärzahl des Motors erfolgt.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Element auf einem Schwenkarm angeordnet
ist.

- 22 -

£1/1009

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Element auf einem Schieber angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des bewegbaren Elementes durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung erfolgt, die einen Steuerkolben, dessen Einstellung in Abhängigkeit von einem Motorparameter erfolgt, einen Hauptkolben, in dem der Steuerkolben gleitend aufgenommen ist, und einen Zylinder aufweist, in dem der Hauptkolben aufgenommen ist, und daß eine Kupplung zwischen dem Hauptkolben und dem Träger des bewegbaren Elementes angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm zwei drehbare Glieder trägt, von denen das eine die Nockenwelle der Einlaßventile und das andere die Nockenwelle der Auslaßventile antreibt, und daß die zweiten drehbaren Glieder mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Glieder miteinander kämmende Zahnräder sind, von denen das eine von der Kurbelwelle durch ein Zahnradgetriebe angetrieben wird, wobei das eine Zahnrad des Getriebes um die Achse des Schwenkarmes drehbar ist.

- 23 -

7 0 9 S i 1 /10 0 9

^ V 1 b Λ 3 i

- j*5 -

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die beweglichen Elemente aus einer Scheibe bestehen, die mit einem radialen Schlitz versehen ist, der gleitend ein Folgeglied aufnimmt, das exzentrisch auf der Nockenwelle angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier in Reihe liegende Zylinder vier in Reihe liegende Einlaßnockenwellen und vier in Reihe liegende Auslaßnockenwellen vorgesehen sind, die paarweise auf entgegengesetzten Seiten eines einzelnen Antriebsgliedes angeordnet sind, wobei eine Nockenwelle eines jeden Paares durch eine Welle angetrieben wird, die sich durch die andere Nockenwelle des Paares erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung derart ausgebildet ist, daß der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils zur oberen Totpunktlage des Kolbens hin und gleichzeitig der Schließzeitpunkt des Einlaßventils zur unteren Totpunktlage des Kolbens hin veränderbar ist, und daß der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils zur unteren Totpunktlage hin und gleichzeitig der Schließzeitpunkt des Auslaßventils zur oberen Totpunktlage des Kolbens hin veränderbar sind.

- 24 -

7 o 9 f>l 1 /1 η η 9

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsgrad der Offnungsstellunq des Einlaßventils zu einen bestimmten Zeitpunkt unterschiedlich ist gegenüber dem Änderungsgrad der Schließstellung des Einlaßventils zum gleichen Zeitpunkt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsgrad der öffnungsstellung des Auslaßventils zu einem bestimmten Seitpunkt verschieden ist gegenüber dem Änderungsgrad der Schließstellung des Auslaßventils zum gleichen Zeitpunkt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsgrad der Öffnungsstellung und Schließstellung des Einlaßventils zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedlich ist gegenüber dem Änderungsgrad der Öffnungs- und Schließstellung des Auslaßventils zum gleichen Zeitpunkt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile und die Auslaßventile durch das gleiche bewegliche Element betätigbar sind.

η η c\ ;· /, ι /1 η η