EP0807206B1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0807206B1
EP0807206B1 EP96900280A EP96900280A EP0807206B1 EP 0807206 B1 EP0807206 B1 EP 0807206B1 EP 96900280 A EP96900280 A EP 96900280A EP 96900280 A EP96900280 A EP 96900280A EP 0807206 B1 EP0807206 B1 EP 0807206B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cam
eccentric
internal combustion
combustion engine
eccentric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96900280A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0807206A1 (de
Inventor
Erwin Korostenski
Armin Bertsch
Reiner Walter
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0807206A1 publication Critical patent/EP0807206A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0807206B1 publication Critical patent/EP0807206B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34413—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using composite camshafts, e.g. with cams being able to move relative to the camshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/356—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear making the angular relationship oscillate, e.g. non-homokinetic drive

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine in which the speed of rotation of a cam Gas exchange control is cyclically changeable by a Intermediate link in a plane perpendicular to the axis of rotation a camshaft slidable and in any position is rotatable within this plane.
  • Such a rotary drive arrangement is preferably used for driving cams to control an intake or Exhaust valve of an internal combustion engine.
  • the degree of change i.e. the amount of temporary increase in angular velocity and temporarily lowering the angular velocity of the Nockens and the phase of these changes depend on the position that an intermediate link has with respect to a Driveshaft. With a concentric position of the Intermediate link with respect to the drive shaft rotates the cam synchronous with the drive shaft.
  • the object of the invention is such Engine to run so that the mechanism to cause the cyclical change of the Rotation speed of the cam is compact, inexpensive and easy to manufacture, one stiff storage of the component enables and by simple control means can be actuated.
  • the invention based on a common Inner eccentric two separate outer eccentrics are stored, is particularly suitable for an internal combustion engine a camshaft that is both intake and Exhaust valves drives. This can be a special compact structure can be achieved.
  • the control or Rotation of the inner eccentric and the two External eccentric can have appropriate sprockets take place, the outer eccentrics either separately or can be controlled together.
  • a rotary drive arrangement that is cyclical generates variable cam movement, has a shaft 1 with a central axis 5, which in the in the first to 3 shown embodiment of a drive shaft 1st corresponds to these rotary drive regulations.
  • an inner eccentric 30 is mounted, with a for storage Needle roller bearings can be used.
  • the inner eccentric 30 by means of a Thrust washer 38 and a snap ring 39 against Be secured to the left in Fig. 2.
  • the inner eccentric 30 has a base body 31 and an eccentric seat 32, through which a bore 33 for receiving the shaft 1 runs.
  • the base body 31 has a circular outer contour 37, the central axis of which coincides with the central axis 5 of the shaft 1, which is also the axis of rotation.
  • the outer contour 35 of the eccentric seat 32 has a central axis which is offset by a first eccentricity e 1 with respect to the central axis of the bore 33 and thus with respect to the axis of rotation 5.
  • An outer eccentric 40 is rotatable on the outer contour 35 stored.
  • the outer eccentric 40 has a bore 41, those for receiving the outer contour 35 of the eccentric seat 32 the inner eccentric 30 is used.
  • the outer contour 45 of the outer eccentric 40 is offset from the central axis of the bore 41 by a second eccentricity e 2 .
  • the eccentricities e 1 and e 2 can be chosen freely, but are preferably the same in amount.
  • An inner eccentric ring gear 34 is non-rotatable with the Outer contour 37 of the inner eccentric 30 connected.
  • an outer eccentric ring gear 44 arranged, the rotatable on the outer contour 37 of the Inner eccentric 30 is mounted.
  • the External eccentric ring gear 44 has a nose 43 (see FIG. 2), which in a groove 46 of the outer eccentric 40th intervenes.
  • Rotary drive means (not shown) for controlling the respective rotational position of the inner eccentric 30 and the Outer eccentric 40 can be in the inner eccentric ring gear 34 and engage the external eccentric ring gear 44.
  • control means for example, two stepper motors selected, the rotary positions of the Inner eccentric 30 and the outer eccentric 40 separately and adjust independently of each other so that the outer contour 45 of the outer eccentric 40 any position within a plane perpendicular to the central axis 5 of the shaft 1 can take.
  • This intermediate link 4th has a first sliding guide 6 and a second Slideway 7, each for receiving a Slide block 13 are suitable.
  • a first rotating body 2 is rotatably connected to the drive shaft 1 and points a start-up band 2a.
  • On the first rotating body 2 is a formed as a gear second rotating body 3 rotatable stored.
  • the first rotating body 2 has a Bore 11 into which a first designed as a pin Transmission element 8 is introduced. This pin 8 transmits the rotation of the first rotating body 2 via one the sliding blocks 13 and the first sliding guide 6 on the Intermediate link 4.
  • the second rotating body 3 has a bore 12, in the second designed as a pen Transmission element 9 is introduced.
  • the rotation of the Intermediate member 4 is on the second sliding guide 7 and the other of the two sliding blocks 13 and the pin 9 transferred to the second rotating body 3.
  • the external eccentric ring gear 44 can extend axially over the External eccentric 40, the intermediate member 4 and the second Support the rotating body 3 against the collar 2a.
  • the federal government 2a first rotating body 2 thus causes the entire Rotary drive arrangement against a shift to the right is secured in Fig. 2.
  • the second rotating body 3 is designed as a gear that is engaged with a cam gear 22 so that the Rotation of the second rotating body 3 on the camshaft 21 and transmit the cam 20 connected to it in a rotationally fixed manner becomes.
  • the intermediate member 4 is in a position in which its central or rotational axis coincides with the central or rotational axis 5 of the drive shaft 1, the second rotary body 3 and thus the cam 20 rotate synchronously with the drive shaft 1 Position is reached when the eccentricities e 1 and e 2 are equal in amount and the inner eccentric 30 and the outer eccentric 40 assume such a position that the two eccentricities e 1 and e 2 are diametrically opposed.
  • a complete revolution of the drive shaft 1 has continue one full turn of the second Rotating body 3 and the cam 20 result in the course of this entire turn, however, there is one temporary increase in rotation speed and too a temporary decrease in the rotational speed of the second rotating body 3 and thus the cam 20.
  • Das Extent of this increase in rotational speed or Rotation speed reduction depends on the offset of the Axis of rotation of the intermediate member 4 with respect to the central axis 5 of the drive shaft 1. The direction of this offset determines the phase position of the respective increase in rotational speed or reduction in rotational speed regarding the position of the cam 20.
  • FIG. 4a shows an embodiment of the invention. This differs from that explained above Rotary drive arrangement in that on a common Inner eccentric 30 two outer eccentrics 40A, 40B arranged are.
  • the inner eccentric 30 can Inner eccentric ring gear 34 are rotated while the External eccentric 40A, 40B over corresponding External eccentric gear rings 44A, 44B either separately or can be controlled together.
  • On each of the two An intermediate member 4 is mounted on the outer eccentric 40A, 40B.
  • the internal combustion engine Possibility of variation of the two valves in the case given in which the two outer eccentrics 40A, 40B can be controlled or rotated together. This will compared to the case of independent control of both External eccentric 40A, 40B a control means (not shown) saved.
  • the cyclical change in the rotational speed results from the fact that, due to the axial offset of the central axes of rotation of the camshaft and the intermediate member, depending on the angular position, different driving radii r occur between the camshaft and the intermediate member on the one hand and the intermediate member and the cam on the other hand.
  • the condition that the tangential speed component v tan must be constant at a constant rotational speed w NW also applies because the distance r NW of this point of engagement from the axis of rotation of the camshaft always remains constant.
  • the intermediate member and thus also the Cams once with a full revolution of the camshaft faster and once slower than the camshaft.
  • the lead or lag of the cam opposite the camshaft is zero. Cut at this point the output valve lift curve, i.e. the Valve lift curve, which is at a concentric Position of the intermediate link, and the modified valve lift curve, i.e. the Valve lift curve, which at the respective Axial offset between the axis of rotation of the intermediate link and the axis of rotation of the camshaft.
  • Fig. 4b shows the valve lift curves in the on the Field of internal combustion engines usual representation, where OT is the top dead center of the piston, AM is the distance between the middle of the outlet and TDC, i.e. the outlet spread, and EM the distance between the center of the inlet and TDC, i.e. the Intake spread is.
  • Phase angle ⁇ is the angle between the maximum of modified cam speed, i.e. the Intersection of the respective output valve lift curve with the modified valve lift curve, and the Output valve lift curve maximum. Positive values of the phase angle ⁇ mean that the modified Valve lift curve in the direction of increasing Cam flank is shifted, and mean negative values a shift towards the falling cam flank.
  • the value of the phase angle ⁇ IN of the intake cam IN is preferably positive and the value of the phase angle ⁇ EX of the exhaust cam EX is preferably negative.
  • the phase angle is determined by the choice the direction of displacement of the eccentricity with the respective position of the cam tip to the Valve actuator, for example one Tappet.
  • Such a configuration is schematic in Fig. 4b shown, the representation under I den Inlet cam and the representation under II den Exhaust cam affects.
  • the center white circle represents the Camshaft, the black surface the inner eccentric and the hatched area represents the external eccentric.
  • the eccentricity e 1 of the eccentric seat for the inlet cam IN of the common inner eccentric runs approximately 45 ° downward to the left and the eccentricity e 2 of the outer eccentric 40B runs exactly in the opposite direction, so in the starting position that in this starting position the resulting eccentricity e for the intermediate member of the inlet cam IN is zero.
  • the eccentricity e 1 of the eccentric seat for the exhaust cam EX of the common inner eccentric extends from the axis of rotation of the camshaft approximately 45 ° to the top left and the eccentricity e 2 of the outer eccentric 40A runs exactly in the opposite direction, so that in this starting position the resulting eccentricity e for the intermediate member of the exhaust cam EX is also zero.
  • the angles ⁇ IN and ⁇ EX therefore have a different sign.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, bei der die Drehgeschwindigkeit eines Nockens zur Gaswechselsteuerung zyklisch veränderbar ist, indem ein Zwischenglied in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einer Nockenwelle verschiebbar und in jeder Position innerhalb dieser Ebene drehbar ist.
Eine Drehantriebsanordnung, die eine derartige zyklisch veränderliche Nockenbewegung erzeugt, ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 195 01 172.4 offenbart ist, wobei deren Offenbarungsinhalt durch explizite Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Eine derartige Drehantriebsordnung dient vorzugsweise für den Antrieb von Nocken zum Steuern eines Einlaß- oder Auslaßventils einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird durch die Drehantriebsanordnung bewirkt, daß bei einer konstanten Drehzahl der Brennkraftmaschine die Drehung des Nockens zyklisch um eine mittlere Drehzahl verändert wird. Das Maß der Veränderung, d.h. der Betrag der zeitweiligen Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit und der zeitweiligen Absenkung der Winkelgeschwindigkeit des Nockens sowie die Phasenlage dieser Änderungen hängen von der Stellung ab, die ein Zwischenglied in bezug auf eine Antriebswelle einnimmt. Bei einer konzentrischen Lage des Zwischenglieds hinsichtlich der Antriebswelle dreht-sich der Nocken synchron mit der Antriebswelle. Je weiter das Zwischenglied aus dieser konzentrischen Lage in radialer Richtung verschoben wird, um so größer ist die zyklische Geschwindigkeitsänderung, wobei die Phasenlage von der Richtung der Verschiebung des Zwischenglieds und der jeweiligen Stellung des Nockens abhängt. Eine derartige Vorrichtung ist aus der GB-A-1 311 562 bekannt.
Aus der gattungsbildenden japanischen Offenlegungsschrift JP 5-118208 ist es bekannt, bei einer Brennkraftmaschine einen Doppelexzenter zur verschiebbaren Lagerung eines Bauteils vorzusehen, das abhängig von seiner Lage eine zyklische Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Nockens bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Brennkraftmaschine so auszuführen, daß der Mechanismus zum Bewirken der zyklischen Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Nockens kompakt ist, kostengünstig und leicht hergestellt werden kann, eine steife Lagerung des Bauteils ermöglicht und mittels einfacher Steuermittel betätigbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung, bei der auf einem gemeinsamen Innenexzenter zwei separate Außenexzenter gelagert sind, eignet sich insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die sowohl Einlaß- als auch Auslaßventile antreibt. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden. Die Ansteuerung bzw. Verdrehung des Innenexzenters und der beiden Außenexzenter kann über entsprechende Zahnkränze erfolgen, wobei die Außenexzenter wahlweise separat oder gemeinsam angesteuert werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
  • Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Drehantriebsanordnung zur zyklischen Veränderung der Nockendrehgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine ist,
  • Fig. 2 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht der Drehantriebsanordnung gemäß Fig. 1 ist,
  • Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 ist,
  • Fig. 4a eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung ist und
  • Fig. 4b den Zusammenhang der durch die zyklische Geschwindigkeitsänderung der Nocken bewirkten tatsächlichen Ventilerhebungskurven und der Stellung der Exzenter zeigt.
    • Eine Drehantriebsanordnung, die eine zyklisch veränderliche Nockenbewegung erzeugt, weist eine Welle 1 mit einer Mittelachse 5 auf, die in der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform einer Antriebswelle 1 dieser Drehantriebsordnung entspricht. Auf der Welle 1 ist ein Innenexzenter 30 gelagert, wobei zur Lagerung ein Nadellager verwendet werden kann. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Innenexzenter 30 mittels einer Anlaufscheibe 38 und eines Sprengrings 39 gegen ein Verlaufen zur linken Seite in Fig. 2 gesichert sein.
    Der Innenexzenter 30 weist einen Grundkörper 31 und einen Exzentersitz 32 auf, durch die hindurch eine Bohrung 33 zur Aufnahme der Welle 1 verläuft. Der Grundkörper 31 verfügt über eine kreisrunde Außenkontur 37, deren Mittelachse mit der Mittelachse 5 der Welle 1 zusammenfällt, die gleichzeitig Drehachse ist. Die Außenkontur 35 des Exzentersitzes 32 verfügt über eine Mittelachse, die gegenüber der Mittelachse der Bohrung 33 und somit gegenüber der Drehachse 5 um eine erste Exzentrizität e1 versetzt ist.
    Auf der Außenkontur 35 ist ein Außenexzenter 40 drehbar gelagert. Der Außenexzenter 40 weist eine Bohrung 41 auf, die zur Aufnahme der Außenkontur 35 des Exzentersitzes 32 des Innenexzenters 30 dient.
    Die Außenkontur 45 des Außenexzenters 40 ist gegenüber der Mittelachse der Bohrung 41 um eine zweite Exzentrizität e2 versetzt. Die Exzentrizitäten e1 und e2 können frei gewählt werden, sind jedoch vorzugsweise ihrem Betrag nach gleich.
    Ein Innenexzenterzahnkranz 34 ist drehfest mit der Außenkontur 37 des Innenexzenters 30 verbunden. Neben dem Innenexzenterzahnkranz 34 ist ein Außenexzenterzahnkranz 44 angeordnet, der drehbar auf der Außenkontur 37 des Innenexzenters 30 gelagert ist. Der Außenexzenterzahnkranz 44 verfügt über eine Nase 43 (siehe Fig. 2), die in eine Nut 46 des Außenexzenters 40 eingreift.
    Drehantriebsmittel (nicht gezeigt) zur Steuerung der jeweiligen Drehstellung des Innenexzenters 30 sowie des Außenexzenters 40 können in den Innenexzenterzahnkranz 34 sowie den Außenexzenterzahnkranz 44 eingreifen. Werden als Steuerungsmittel beispielsweise zwei Schrittmotoren gewählt, so lassen sich die Drehstellungen des Innenexzenters 30 und des Außenexzenters 40 separat und unabhängig voneinander einstellen, sodaß die Außenkontur 45 des Außenexzenters 40 eine beliebige Lage innerhalb einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 5 der Welle 1 einnehmen kann.
    Auf der Außenkontur 45 des Außenexzenters 40 ist ein Zwischenglied 4 drehbar gelagert. Dieses Zwischenglied 4 weist eine erste Gleitführung 6 und eine zweite Gleitführung 7 auf, die jeweils zur Aufnahme eines Gleitsteins 13 geeignet sind. Ein erster Drehkörper 2 ist drehfest mit der Antriebswelle 1 verbunden und weist einen Anlaufbund 2a. Auf dem ersten Drehkörper 2 ist ein als Zahnrad ausgebildeter zweiter Drehkörper 3 drehbar gelagert. Der erste Drehkörper 2 verfügt über eine Bohrung 11, in die ein als Stift ausgebildetes erstes übertragungselement 8 eingeführt ist. Dieser Stift 8 überträgt die Drehung des ersten Drehkörpers 2 über einen der Gleitsteine 13 und die erste Gleitführung 6 auf das Zwischenglied 4.
    Der zweite Drehkörper 3 verfügt über eine Bohrung 12, in die ein als Stift ausgebildetes zweites Übertragungselement 9 eingeführt ist. Die Drehung des Zwischenglieds 4 wird über die zweite Gleitführung 7 und den anderen der beiden Gleitsteine 13 sowie den Stift 9 auf den zweiten Drehkörper 3 übertragen.
    Der Außenexzenterzahnkranz 44 kann sich axial über den Außenexzenter 40, das Zwischenglied 4 und den zweiten Drehkörper 3 gegen den Bund 2a abstützen. Der Bund 2a des ersten Drehkörpers 2 bewirkt somit, daß die gesamte Drehantriebsanordnung gegen eine Verschiebung nach rechts in Fig. 2 gesichert ist.
    Der zweite Drehkörper 3 ist als Zahnrad ausgebildet, das mit einem Nockenzahnrad 22 in Eingriff ist, sodaß die Drehung des zweiten Drehkörpers 3 auf die Nockenwelle 21 und den hiermit drehfest verbundenen Nocken 20 übertragen wird.
    Wenn sich das Zwischenglied 4 in einer Stellung befindet, in der seine Mittel- bzw. Drehachse mit der Mittel- bzw. Drehachse 5 der Antriebswelle 1 zusammenfällt, so drehen sich der zweite Drehkörper 3 und somit der Nocken 20 synchron mit der Antriebswelle 1. Diese Stellung wird dann erreicht, wenn die Exzentrizitäten e1 und e2 ihrem Betrage nach gleich sind und der Innenexzenter 30 und der Außenexzenter 40 eine solche Stellung zueinander einnehmen, daß die beiden Exzentrizitäten e1 und e2 sich diametral gegenüberstehen.
    Wenn nun der Innenexzenter 30 und/oder der Außenexzenter 40 über die ihnen zugeordneten Innen- bzw. Außenexzenterzahnkränze 34, 44 gedreht werden, wird das Zwischenglied 4 in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 5 der Antriebswelle 1 verschoben, sodaß es sich auf der Außenkontur 45 des Außenexzenters 40 um eine Drehachse dreht, die gegenüber der Mittelachse 5 der Welle 1 versetzt ist. Hierdurch wird die Drehgeschwindigkeit des zweiten Drehkörpers 3 und somit des Nockens 20 gegenüber der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 1 zyklisch verändert.
    Eine vollständige Umdrehung der Antriebswelle 1 hat zwar weiterhin eine vollständige Umdrehung des zweiten Drehkörpers 3 sowie des Nockens 20 zur Folge, im Verlaufe dieser ganzen Umdrehung kommt es jedoch zu einer zeitweiligen Erhöhung der Drehgeschwindigkeit und zu einer zeitweiligen Absenkung der Drehgeschwindigkeit des zweiten Drehkörpers 3 und somit des Nockens 20. Das Ausmaß dieser Drehgeschwindigkeitserhöhung bzw. Drehgeschwindigkeitsabsenkung hängt von dem Versatz der Drehachse des Zwischenglieds 4 gegenüber der Mittelachse 5 der Antriebswelle 1 ab. Die Richtung dieses Versatzes bestimmt die Phasenlage der jeweiligen Drehgeschwindigkeitserhöhung bzw. Drehgeschwindigkeitsabsenkung bezüglich der Stellung des Nockens 20.
    Fig. 4a zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet von der vorstehend erläuterten Drehantriebsanordnung dadurch, daß auf einem gemeinsamen Innenexzenter 30 zwei Außenexzenter 40A, 40B angeordnet sind. Der Innenexzenter 30 kann über einen Innenexzenterzahnkranz 34 verdreht werden, während die Außenexzenter 40A, 40B über entsprechende Außenexzenterzahnkränze 44A, 44B wahlweise getrennt oder gemeinsam ansteuerbar sind. Auf jedem der beiden Außenexzenter 40A, 40B ist ein Zwischenglied 4 gelagert.
    Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die durch den Innenexzenter verlaufende Welle die Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist und daß die Drehung jedes Zwischengliedes 4 direkt auf einen Nocken übertragen wird, der wiederum direkt auf der Nockenwelle verdrehbar gelagert ist. Bei diesen Nocken kann es sich entweder um zwei Einlaß- oder zwei Auslaßnocken eines Zylinders handeln, die gleichzeitig oder unabhängig von einander hinsichtlich ihrer Drehgeschwindigkeit variiert werden können, es können jedoch auch zwei nicht gleichartige Nocken, d.h. ein Einlaßnocken und ein Auslaßnocken angetrieben werden. Hierdurch ist es möglich, bei einer Brennkraftmaschine mit lediglich einer Nockenwelle unter Verwendung eines gemeinsamen Innenexzenters 30 ein Ein- und ein Auslaßventil gemeinsam zu beeinflussen.
    Der letztgenannte Fall ist in Fig. 4a dargestellt, wobei die Buchstaben IN den Einlaßnocken und die Buchstaben EX den Auslaßnocken bezeichnen. Wenn für die Drehung des Innenexzenters 30 und der beiden Außenexzenter 40A, 40B jeweils separate Steuerungsmittel (nicht gezeigt) vorgesehen werden, so ist bei geeigneter Wahl der jeweiligen Exzentrizitäten sowie der Stellungen beider Exzentersitze auf dem gemeinsamen Innenexzenter 30 eine weitgehende Unabhängigkeit der Variationen der Steuerzeiten und der Ventilöffnungsdauer beider Ventile gegeben.
    Es ist jedoch auch eine den wesentlichen Erfordernissen der Brennkraftmaschine gerecht werdende Variationsmöglichkeit der beiden Ventile in dem Fall gegeben, in dem die beiden Außenexzenter 40A, 40B gemeinsam angesteuert bzw. gedreht werden. Hierdurch wird gegenüber dem Fall einer unabhängigen Ansteuerung beider Außenexzenter 40A, 40B ein Steuermittel (nicht gezeigt) eingespart. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Exzentrizitäten, d.h. die Stellungen der beiden Exzentersitze des gemeinsamen Innenexzenters zueinander, bestimmten Anforderungen genügen.
    Hierzu sollen zunächst anhand von Fig. 4b die diesbezüglichen Zusammenhänge erläutert werden.
    Die zyklische Veränderung der Drehgeschwindigkeit ergibt sich daraus, daß durch den Achsversatz der Drehmittelachsen der Nockenwelle und des Zwischenglieds abhängig von der Winkellage unterschiedliche Mitnehmerradien r zwischen der Nockenwelle und dem Zwischenglied einerseits und dem Zwischenglied und dem Nocken andererseits auftreten. An der Verbindungsstelle zwischen der Nockenwelle und dem Zwischenglied, d.h. dem Eingriffspunkt des ersten Übertragungselements in die erste Gleitführung, gilt bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit wNW zudem die Bedingung, daß die tangentiale Geschwindigkeitskomponente vtan konstant sein muß, da der Abstand rNW dieses Eingriffspunktes von der Drehachse der Nockenwelle immer konstant bleibt.
    Aus der Gleichung vtan = wNW · rNW = wZW · rZW ergibt sich somit, daß sich die Winkelgeschwindigkeit wZW des Zwischengliedes ändert, wenn sich der Abstand rZW des Eingriffspunktes zur Drehachse des Zwischengliedes ändert.
    Hierdurch dreht sich das Zwischenglied und somit auch der Nocken bei einer vollen Umdrehung der Nockenwelle einmal schneller und einmal langsamer als die Nockenwelle. An den Punkten, an denen die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Nocken und der Nockenwelle am größten ist, ist der Vorlauf bzw. der Nachlauf des Nockens gegenüber der Nockenwelle gleich Null. An diesem Punkt schneiden sich die Ausgangsventilerhebungskurve, d.h. die Ventilerhebungskurve, die sich bei einer konzentrischen Stellung des Zwischenglieds einstellt, und die modifizierte Ventilerhebungskurve, d.h. die Ventilerhebungskurve, die sich bei dem jeweiligen Achsversatz zwischen der Drehachse des Zwischengliedes und der Drehachse der Nockenwelle einstellt.
    Fig. 4b zeigt die Ventilerhebungskurven in der auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen üblichen Darstellung, wobei OT der obere Totpunkt des Kolbens, AM der Abstand zwischen Auslaßmitte und OT, d.h. die Auslaßspreizung, und EM der Abstand zwischen Einlaßmitte und OT, d.h. die Einlaßspreizung ist. Der in Fig. 4b eingezeichnete Phasenwinkel ϕ ist der Winkel zwischen dem Maximum der modifizierten Nockengeschwindigkeit, d.h. dem Schnittpunkt der jeweiligen Ausgangsventilerhebungskurve mit der modifizierten Ventilerhebungskurve, und dem Maximum der Ausgangsventilerhebungskurve. Positive Werte des Phasenwinkels ϕ bedeuten, daß die modifizierte Ventilerhebungskurve in Richtung ansteigender Nockenflanke verschoben wird, und negative Werte bedeuten eine Verschiebung zur fallenden Nockenflanke hin.
    Da aus Gründen des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen eine Verringerung der Überschneidung angestrebt wird, ist der Wert des Phasenwinkels ϕ IN des Einlaßnockens IN vorzugsweise positiv und der Wert des Phasenwinkels ϕ EX des Auslaßnockens EX vorzugsweise negativ.
    Die Festlegung des Phasenwinkels erfolgt durch die Wahl der Verschieberichtung der Exzentrizität in Verbindung mit der jeweiligen Stellung der Nockenspitze zu dem Ventilbetätigungselement, beispielsweise einem Tassenstößel. Bei einer geeigneten Wahl der Anordnung der beiden Exzentersitze des gemeinsamen Innenexzenters 30 und einer entsprechenden Ausgangsstellung der beiden Außenexzenter 40A, 40B bewirkt eine Drehung beider Außenexzenter 40A, 40B in gleicher Richtung, daß die Überschneidungsfläche vergrößert oder verkleinert wird, d.h., daß sich die beiden modifizierten Ventilerhebungskurven aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.
    Eine derartige Konfiguration ist in Fig. 4b schematisch dargestellt, wobei die Darstellung unter I den Einlaßnocken und die Darstellung unter II den Auslaßnocken betrifft. Der mittige weiße Kreis stellt die Nockenwelle, die schwarze Fläche den Innenexzenter und die schraffierte Fläche den Außenexzenter dar.
    Bei der dargestellten Konfiguration verläuft in der Ausgangslage die Exzentrizität e1 des Exzentersitzes für den Einlaßnocken IN des gemeinsamen Innenexzenters von der Drehachse der Nockenwelle aus gesehen etwa 45° nach links unten und die Exzentrizität e2 des Außenexzenters 40B verläuft exakt in die entgegengesetzte Richtung, so daß in dieser Ausgangslage die resultierende Exzentrizität e für das Zwischenglied des Einlaßnockens IN gleich Null ist.
    Die Exzentrizität e1 des Exzentersitzes für den Auslaßnocken EX des gemeinsamen Innenexzenters verläuft von der Drehachse der Nockenwelle aus gesehen etwa 45° nach links oben und die Exzentrizität e2 des Außenexzenters 40A verläuft exakt in die entgegengesetzte Richtung, so daß in dieser Ausgangslage die resultierende Exzentrizität e für das Zwischenglied des Auslaßnockens EX ebenfalls gleich Null ist.
    Eine Drehung des gemeinsamen Innenexzenters 30 in Richtung des Pfeils α im Uhrzeigersinn um 90° und eine gleichzeitige Drehung beider Außenexzenter 40A, 40B in Richtung des Pfeils β im Gegenuhrzeigersinn um 90° bewirkt, daß sich für das Zwischenglied des Einlaßnockens IN eine maximale Exzentrizität emax = e1 + e2 von der Drehachse der Nockenwelle aus gesehen in einer Richtung etwa 45° nach links oben und für das Zwischenglied des Auslaßnockens EX eine maximale Exzentrizität emax = e1 + e2 von der Drehachse der Nockenwelle aus gesehen in einer Richtung etwa 45° nach rechts oben ergibt. Die Winkel ϕ IN und ϕ EX weisen daher ein unterschiedliches Vorzeichen auf.
    Hierdurch wird die gewünschte Wirkung erzielt, daß bei einer Drehung der beiden Außenexzenter in einer Richtung die modifizierten Ventilerhebungskurven aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden können, so daß die Überschneidungsfläche verändert werden kann.
    Zu beachten ist, daß durch den Versatz der Exzentersitze des gemeinsamen Innenexzenters 30 zueinander die Summe der Phasenwinkel ϕ GES = ϕ IN + ϕ EX festgelegt wird. Innerhalb dieser Randbedingung ist im Betrieb der Brennkraftmaschine jedoch eine freie Wahl der Phasenwinkel ϕ IN und ϕ EX durch eine entsprechende Wahl der Verschieberichtung der Zwischenglieder möglich.
    Weitere Variationsmöglichkeiten ergeben sich durch die Möglichkeit, unterschiedliche Einzelexzentererhebungen und unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bei den Drehungen der Exzenter für die unterschiedlichen Nocken vorzusehen.
    Durch die Verwendung eines miteinander kämmenden Stirnradpaares, bei dem eines der Stirnräder mit dem Innenexzenter und das andere Stirnrad mit dem oder den Außenexzentern verbunden ist, läßt sich die zuvor erläuterte gegenläufige Verdrehung mit einem einzigen Stellmotor bewirken.
    Bezugszeichenliste
    1
    Welle, Antriebswelle
    2
    erster Drehkörper
    2a
    Bund
    3
    zweiter Drehkörper
    4
    Zwischenglied
    5
    Mittelachse, Drehachse
    6
    erste Gleitführung
    7
    zweite Gleitführung
    8
    erstes Übertragungselement, Stift
    9
    zweites Übertragungselement, Stift
    11
    Bohrung
    12
    Bohrung
    13
    Gleitstein
    20
    Nocken
    21
    Nockenwelle
    22
    Nockenzahnrad
    30
    Innenexzenter
    31
    Grundkörper
    32
    Exzentersitz
    33
    Bohrung
    34
    Innenexzenterzahnkranz
    35
    Außenkontur
    37
    Außenkontur
    38
    Anlaufscheibe
    39
    Sprengring
    40
    Außenexzenter
    41
    Bohrung
    43
    Nase
    44
    Außenexzenterzahnkranz
    45
    Außenkontur
    46
    Nut
    e1
    erste Exzentrizität
    e2
    zweite Exzentrizität

    Claims (9)

    1. Brennkraftmaschine, bei der die Drehgeschwindigkeit eines Nockens zur Gaswechselsteuerung zyklisch veränderbar ist,
      mit einer Nockenwelle, die eine Drehachse aufweist,
      mit einem Nocken, der verdrehbar auf der Nockenwelle gelagert ist,
      mit einem Zwischenglied (4), das in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle verschoben werden kann und in jeder Position innerhalb dieser Ebene drehbar gelagert ist und eine erste Gleitführung sowie eine zweite Gleitführung aufweist,
      mit einem ersten Übertragungselement, das die Nockenwelle mit der ersten Gleitführung verbindet zur Übertragung der Drehbewegung der Nockenwelle auf das Zwischenglied (4), und
      mit einem zweiten Übertragungselement, das den Nocken mit der zweiten Gleitführung verbindet zur Übertragung der Drehbewegung des Zwischenglieds (4) auf den Nocken,
      so daß der Nocken bei einer Drehung der Nockenwelle gegenüber der Nockenwelle zyklisch verdreht wird, wenn die Drehachse des Zwischenglieds (4) gegenüber der Drehachse der Nockenwelle versetzt ist, umfassend
      einem Innenexzenter (30), der drehbar auf der Nockenwelle gelagert ist, und
      einen Außenexzenter (40), der drehbar auf dem Innenexzenter (30) gelagert ist,
      wobei das Zwischenglied (4) drehbar auf dem Außenexzenter (40) gelagert ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      auf einem Innenexzenter (30) zwei Außenexzenter (40A, 40B) angeordnet sind.
    2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Exzentrizität (e2) des Außenenzenters (40) gleich der ersten Exzentrizität (e1) des Innenexzenters (30) ist.
    3. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenexzenter (30) einen drehfest mit diesem verbundenen Innenexzenterzahnkranz (34) aufweist.
    4. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenexzenter (30) eine kreisrunde Außenkontur (37) aufweist, deren Mittelachse mit der Mittelachse der Bohrung (33) zur Aufnahme der Nockenwelle zusammenfällt, und daß auf der Außenkontur (37) ein Außenexzenterzahnkranz (44) zur Steuerung des Außenexzenters (40) gelagert ist.
    5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenexzenterzahnkranz (44) eine Nase (43) aufweist, die in eine Nut (46) des Außenexzenters (40) eingreift.
    6. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Außenexzenter (40A) mit einem Einlaßnocken (IN) und der andere der Außenexzenter (40B) mit einem Auslaßnocken (EX) gekoppelt ist.
    7. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Außenexzenter (40A, 40B) gemeinsam ansteuerbar sind.
    8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Exzentersitze des gemeinsamen Innenexzenters (30) so zueinander angeordnet und die beiden Außenexzenter (40A, 40B) so auf den beiden Exzentersitzen des gemeinsamen Innenexzenters (30) angeordnet sind, daß bei einer gegenläufigen Verdrehung beider Außenexzenter (40A, 40B) einerseits und des gemeinsamen Innenexzenters (30) andererseits sich die modifizierten Ventilerhebungskurven gegenläufig zueinander bewegen.
    9. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung eines miteinander kämmenden Stirnradpaares, bei dem eines der Stirnräder mit dem Innenexzenter und das andere Stirnrad mit dem oder den Außenexzentern verbunden ist, eine gegenläufige Verdrehung mit einem einzigen Stellmotor bewirkbar ist.
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