DE10116300A1

DE10116300A1 - Einrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors und Verfahren zur Handhabung dieser Einrichtung

Info

Publication number: DE10116300A1
Application number: DE2001116300
Authority: DE
Inventors: Jan Wittholz; Martin Lechner
Original assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 2001-03-31
Filing date: 2001-03-31
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2002079611A1

Abstract

Eine Einrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors mit einer von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors über Momentenübertragungselemente angetriebene Nockenwelle und einer Vorrichtung zum Verändern des Phasenverhältnisses zwischen Kurbel- und Nockenwelle soll konstruktiv einfach aufgebaut und funktionssicher betätigbar sein. DOLLAR A Zu diesem Zweck sind die zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle liegenden Momentenübertragungselemente mit einer momentenunterbrechenden oder verändernden Schalteinrichtung versehen, wobei durch die Schalteinrichtung bei einer ersten Schaltstellung eine vollständige und bei einer zweiten Schaltstellung keine oder eine veränderte Momentenübertragung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Handha bung dieser Einrichtung.

Bei einer aus US 397 88 29 bekannten Einrichtung dient ein Stellmotor zum Verändern des Phasenverhältnisses zwischen Kurbel- und Nockenwelle. Eine solche Einrichtung besitzt ei nen äußerst komplizierten und damit aufwendigen Aufbau.

Bei gattungsgemäßen Einrichtungen nach US 430 53 52 und EP 03 96 280 B1 sind jeweils Verstellgetriebe in die momenten übertragenden Bauelemente zwischen Kurbel- und Nockenwelle eingesetzt, mit denen unter Verwendung eines auf diese ein wirkenden Verstellmotors das Phasenverhältnis zwischen Kur bel- und Nockenwelle verändert werden kann.

Verändern des Phasenverhältnisses zwischen Kurbel- und Noc kenwelle bedeutet jeweils, daß eine vorgegebene Drehwinkel stellung zwischen Kurbel- und Nockenwelle bei stehendem oder laufenden Verbrennungsmotor gegenüber einem vorgegebenen Wert verändert wird.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine gat tungsgemäße Einrichtung konstruktiv möglichst einfach zu ge stalten bei einer gleichzeitig einfachen und funktionssiche ren Betätigbarkeit. Gattungsgemäße Einrichtungen sollen ins besondere vorteilhaft für einen Einsatz in Verbrennungsmoto ren sein, in denen im Motorbremsbetrieb eine Phasenverstel lung einer die Auslaßventile betätigenden Nockenwelle gegen über der Kurbelwelle erfolgen soll.

Eine grundsätzliche Lösung des erfindungsgemäßen Problems zeigt eine gattungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruchs 1 auf. Eine zweckmäßige Handhabung ist Gegenstand abhängiger Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken; das an sich zwischen Nockenwelle und. Kurbelwelle fest vorgegebene Phasen-, das heißt Drehwinkelverhältnis, durch ein temporä res Aufheben des Momentenflußes zwischen Kurbel- und Nocken welle zu verändern. Die einfachste Art einer Veränderung er folgt bei laufendem Motor und aufgehobenem Momentenfluß da durch, daß sich die Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle ge genüber dem angetriebenen Zustand mit Bezug auf die Drehge schwindigkeit der Kurbelwelle verringert, wodurch zwangsläu fig eine Phasenverstellung erfolgt. Eine solche Phasenver stellung erfolgt entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle.

Diese Art der Verstellung wird nachfolgend als Verstellung in Richtung "spät" bezeichnet. Die Größe der Änderung des sich bei der Verstellung einstellenden Phasenwinkels richtet sich nach der Zeitdauer, innerhalb der der Antriebs- Momentenfluß zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle unterbro chen wird. Bei dieser Art der Phasenverschiebung kann unmit telbar lediglich eine Verstellung in Richtung "spät" erfol gen. Mittelbar läßt sich hierdurch allerdings auch eine Pha senverstellung in Richtung "früh" dadurch erreichen, daß ei ne Verstellung um nahezu 360-Nockenwellengrad erfolgt; wo durch die bis 360° verbleibenden Winkelgrade einer Verstel lung nach "früh" entsprechen. Eine derartige Phasenverschie bung nach "früh" ist in der Regel bei einem Verbrennungsmo tor im Antriebsbetrieb nicht ohne störenden Einfluß in den Motorbetrieb möglich, dagegen jedoch beispielsweise problem los anwendbar bei einer Funktion des Motors als Motorbremse.

Durch eine Unterbrechung des Momentenflußes kann die Betäti gung der Gaswechselventile durch die Nockenwelle abgeschal tet und dadurch Schleppverluste durch Reibung in den Lager stellen der Nockenwelle vermieden werden. Bei unterbrochenem Momentenfluß, das heißt in entkoppeltem Zustand kann die Nockenwelle in Vorzugspositionen fixiert werden, in denen keine Nockenerhebung der Nocken auf der entkoppelten Nocken welle die Gaswechselventile betätigt und diese somit geöff net hält. Ein derart vorbestimmtes Positionieren in entkop peltem Zustand der Nockenwelle kann beispielsweise durch ei nen Rastmechanismus erreicht werden.

Die vorbeschriebene Phasenverstellung kann durch eine einfa che Unterbrechung des Momentenflußes lediglich bei laufendem Verbrennungsmotor erfolgen. Dabei kann ein Zu- und Abschal ten der Nockenwelle sowohl bei stehendem als auch bei lau fendem Verbrennungsmotor erfolgen.

Um im Motorbetrieb eine vorbestimmte Phasenverstellung er halten zu können, kann die Zeit der Momentenunterbrechung, das heißt der Entkopplung der Nockenwelle von dem Antrieb der Kurbelwelle zeitgesteuert bzw. geregelt in Abhängigkeit der Meßwerte von mit der Nockenwelle und zusätzlich auch noch mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Drehwinkelgebern erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nockenwelle mit einer Momentenbremse versehen. Mit dieser Momentenbremse ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle bei unterbrochenem Momentenfluß, das heißt in entkoppeltem Zustand gezielt zu verringern. Dadurch wird ei ne exakt gesteuerte bzw. geregelte Phasenverstellung beson ders gut, schnell und einfach erreicht.

Durch die Einschaltung eines Getriebes in den Momentenfluß zwischen Kurbel- und Nockenwelle ist es möglich, eine unmit telbare Phasenverstellung sowohl in Richtung "früh" als auch in Richtung "spät" zu erreichen. Während eine Verstellung in Richtung "spät" im einfachsten Fall schon allein durch die reibungsbedingte Drehgeschwindigkeitsverringerung bei ent koppelter Nockenwelle erfolgen kann, ist für eine unmittel bare Verstellung in Richtung "früh" eine Aktivierung des Ge triebes mittels einer mit der Nockenwelle verbundenen Momen tenbremse notwendig. Wie dies vorrichtungsmäßig konkret er reicht werden kann, wird nachfolgend anhand gezeichneter Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.

Während bei der vorbeschriebenen Ausführung der Erfindung mit einem in den Momentenfluß eingesetzten Getriebe zwar be reits unmittelbare Phasenverstellungen in Richtung "früh" und "spät" erreicht werden können, kann dabei eine Verstel lung mit Hilfe der Momentenbremse lediglich in einer Rich tung, d. h. in dem angegebenen Beispiel lediglich in Richtung "früh" erzielt werden. Um unter Einsatz der Momentenbremse. gleichermaßen Verstellungen in Richtung "früh" und "spät" erreichen zu können, kann ein Schaltgetriebe eingesetzt wer den, mit dessen Hilfe eine Drehrichtungsumkehr zwischen An und Abtriebsseite des eingeschalteten Schaltgetriebes er reicht werden kann. Eine beispielhafte konstruktive Ausge staltung einer solchen Einrichtung wird ebenfalls anhand verschiedener gezeichneter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch näher erläutert werden.

Bei dem Einsatz eines Getriebes innerhalb des Momentenflußes zwischen der Kurbel- und Nockenwelle kann ein selbsthemmen des Getriebe eingesetzt werden, bei dem die Selbsthemmung auf einen Wert eingestellt ist, der dem erforderlichen An triebsmoment für die Nockenwelle entspricht. Bei einer sol chen konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die er findungsgemäß erforderliche Unterbrechung des Momentenflußes durch den Einsatz einer mit der Nockenwelle zusammenwirken den Momentenbremse. Die Antriebsmomentunterbrechung erfolgt in diesem Fall, wenn ein die Selbsthemmung des Getriebes übersteigendes Bremsmoment eingeschaltet ist.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele zu sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.

In der Zeichnung zeigen in jeweils schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Nockenwellenantrieb eines Verbrennungsmotors mit einer einfachen mit Bezug auf die Nockenwelle an der Abtriebsseite der Kurbelwelle vorgesehenen Kupplung,

Fig. 2 einen Nockenwellenantrieb mit einem grundsätzli chen Aufbau nach Fig. 1, jedoch mit einer Positio niereinrichtung für die Nockenwelle in ausgekup peltem Zustand,

Fig. 3 eine Einzeldarstellung der Nockenwellenpositio niereinrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm mit den Ventilerhebungskurven für die Gaswechselventile gleicher Funktion eines Dreizy lindermotors mit auf der Abszisse eingetragenen Nockenwellenwinkeln NW und auf der Ordinate einge tragenen Ventilhüben H,

Fig. 5 einen Nockenwellenantrieb mit einem Getriebe in nerhalb der Momentenübertragungselemente zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle, bei dem das Getriebe gehäuse fest mit der Nockenwelle verbunden ist,

Fig. 6 einen Nockenwellenantrieb, bei dem im Unterschied zu dem Antrieb nach Fig. 5 das Getriebegehäuse ge genüber der Nockenwelle drehbar ist,

Fig. 7 einen Nockenwellenantrieb mit einem Planetenge triebe innerhalb der Momentenübertragungselemente,

Fig. 8 einen Nockenwellenantrieb mit einem Schaltgetrie be,

Fig. 9 eine Schalteinrichtung für den Nockenwellenantrieb nach Fig. 8.

Bei dem Nockenwellenantrieb nach Fig. 1 treibt eine Kurbel welle 1 über Momentenübertragungselemente 2 eine Nockenwelle 3 an, die wiederum Gaswechselventile 4 eines Verbrennungsmo torzylinders 5 betätigt. Zwischen der Kurbelwelle 1 und den Momentenübertragungselementen 2 ist eine Kupplung 6 vorgese hen. Bei geschlossener Kupplung 6 erfolgt eine vollständige Momentenübertragung auf die Nockenwelle 3. Bei geöffneter Kupplung 6 ist die Momentenübertragung unterbrochen, das heißt die Nockenwelle 3 ist antriebslos. In diesem Zustand verringert sich die gegenüber dem Antriebszustand bestehende Nockenwellen-Drehgeschwindigkeit. Durch ein kurzzeitiges Öffnen der Kupplung 6 ergibt sich zwischen der Kurbelwelle 1 und der Nockenwelle 3 eine Phasenverstellung der Nockenwelle 3 in Richtung "spät" gemäß der in der Beschreibungseinlei tung gegebenen Definition. Mit Hilfe in der Zeichnung nicht dargestellter Drehwinkelgeber an der Nockenwelle 3 und zu sätzlich gegebenenfalls an der Kurbelwelle 1 läßt sich bei der Nockenwelle durch entsprechendes Steuern bzw. Regeln der Öffnungszeiten der Kupplung 6 auf einfache Weise ein vorbe stimmtes Phasenverstellmaß mit Bezug auf die Kurbelwelle 3 erreichen. Ein Zurückstellen in die Ausgangsphasenstellung ist hierbei lediglich durch eine Verstellung um insgesamt 360-Kurbelwellengrad gegenüber der Ausgangslage möglich. Bei einer Verstellung um weniger als 360° kann mit Bezug auf das gegenüber 360° fehlende Winkelmaß eine Verstellung in Rich tung "früh" auf mittelbarem Wege erreicht werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Bauelemente des Nok kenwellenantriebes, die mit denjenigen nach Fig. 1 funkti onsgemäß übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen belegt. Die Kupplung 6 befindet sich hier direkt am Übergang der Mo mentenübertragungselemente 2 zu der Nockenwelle 3 und sie setzt sich zusammen aus den beiden Kupplungshälften 7 und 8. Die Kupplungshälfte 7 ist fest mit einem Momentenübertra gungselement 2 verbunden, während die Kupplungshälfte 8 in einem Lager 9 mit der Nockenwelle 3 drehfest, jedoch axial verschieblich verbunden ist. Mit der Nockenwelle 3 wirkt ei ne Positioniereinrichtung 10 zusammen. Bei geschlossener Kupplung 6 erfolgt eine vollständige, unbeeinflußte Momen tenübertragung von der Kurbelwelle 1 auf die Nockenwelle 3.

Die in Fig. 3 im Detail dargestellte Positioniereinrichtung 10 ist wie folgt aufgebaut.

Eine Rastscheibe 11 mit umfangsmäßig vorbestimmt verteilten Positionierausnehmungen 12 ist starr mit der Nockenwelle 3 verbunden. Ein in einem ortsfesten Lager 13 verschiebbarer Verschiebering 14 ist in Richtung der Achse der Nockenwelle 3 verschiebbar und über ein Drehlager 15 axial unverschieb bar mit der Kupplungshälfte 8 verbunden.

Mit dieser Positioniereinrichtung lassen sich folgende, in der Zeichnung a, b, c bezeichnete Schaltstellungen errei chen.

Schaltstellung a:
Die Kupplung 6 ist geschlossen, das heißt es erfolgt eine vollständige Momentenübertragung von der Kurbelwelle 1 auf die Nockenwelle 3. Diese Stellung entspricht somit dem nor malen Motorbetrieb.

Schaltstellung b:
In dem Verschiebering 14 ist eine federbelastet gelagerte Positionierkugel 15 vorgesehen, über die der Verschiebering 14 in eine der Positionierausnehmungen 12 der Rastscheibe 11 in einer bestimmten Umfangsstellung einrastbar ist. Die Kupplung 6 ist geöffnet und der Verschiebering 14 nimmt noch keine Verraststellung gegenüber der Rastscheibe 11 ein. In diesem Zustand ist die Nockenwelle 3 von dem Antrieb durch die Kurbelwelle 1 abgekoppelt, so daß sich ihre Drehge schwindigkeit verringert. Hierdurch erfolgt eine Phasenver stellung der Nockenwelle 3 in Richtung "spät" gegenüber der Kurbelwelle 1.

Schaltstellung c:
Die Kupplung 6 ist geöffnet und der Verschiebering 14 ist gegenüber der Rastscheibe 11 verrastet. In diesem Zustand läuft die Nockenwelle 3 aus und kommt in einer durch den Rastmechanismus vorgegebenen Position zum Stillstand.

Das Diagramm in Fig. 4 zeigt die Ventilerhebungskurven für die Gaswechselventile 4 gleicher Funktion für einen Dreizy lindermotor. Umfaßt die Öffnungsdauer für den Ventilhub ei nes Zylinders Z weniger als 360°/Zylinderzahl Z, so gibt es Winkelbereiche W der Nockenwelle 3, in denen keines der Gas wechselventile betätigt wird. Der vorstehend mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschriebene Rastmechanismus hält die Nok kenwelle 3 in einem dieser Winkelbereiche W, während die Nockenwelle 3 stillgelegt ist.

Eine derartige Nockenwellen-Verstellung setzt eine Konstruk tion voraus, bei der keine Kollision der Gaswechselventile 4 mit dem jeweils zugehörigen Kolben des Verbrennungsmotors möglich ist. Es wird eine Reduzierung der Reibungsverluste im abgeschalteten Zustand erreicht. Eingesetzt werden kann eine solche Vorrichtung vorteilhafterweise in einem Motor bremssystem nach DE 197 33 322.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei einer Zylinderabschal tung durch ein auf diese Art mögliches Stilllegen der Ein- und Auslaßnockenwelle für die jeweiligen Zylinder.

Bei den Nockenwellenantrieben nach den Fig. 5 bis 7 ist in die Momentenübertragungselemente 2 jeweils ein Getriebe 16, 17, 18 eingesetzt. Mit diesen Getrieben ist es möglich, so wohl in Richtung "früh", als auch in Richtung "spät" jeweils unmittelbar eine Phasenverstellung der Nockenwelle 3 zu er reichen. Dabei wird jeweils in einer Verstellrichtung die ausschließlich reibungsbedingte Geschwindigkeitsverringerung der Nockenwelle 3 bei unterbrochenem Antriebsmomentenfluß ausgenützt, während bei einer Verstellung in die entgegenge setzte Richtung das jeweilige Getriebe 16, 17, 18 durch eine jeweils zugehörige Momentenbremse 19 aktiviert wird. Diese Wirkung wird nachfolgend anhand der in den Fig. 7 bis 9 ge gebenen konkreten Beispiele noch im einzelnen beschrieben.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 sieht der Aufbau wie folgt aus.

Mit der Nockenwelle 3 fest verbunden ist ein Getriebegehäuse 16, in dem einzelne Stirnräder drehbar gelagert sind. Fest verbunden mit dem an der Nockenwelle 3 angreifenden Momen tenübertragungselement 2 ist ein Stirnrad 20. Dieses Stirn rad 20 ist mit dem zugehörigen Momentenübertragungselement 2 drehbar in dem Getriebegehäuse 16 gelagert. Das Stirnrad 20 kämmt in einem Stirnrad 21, das auf einer gleichen Welle zu sammen mit einem Stirnrad 22 in gegeneinander fluchtenden Lagern des Getriebegehäuses 16 drehbar gelagert ist. Dabei sind die Stirnräder 21 und 22 fest mit ihrer gemeinsamen Welle verbunden. Das Stirnrad 22 kämmt wiederum in einem in der Achse der Nockenwelle 3 fluchtend gelagerten Stirnrad 23. Mit diesem Stirnrad 23 fest verbunden ist fluchtend in der Achse der Nockenwelle 3 eine Welle 24, die einen gemein samen zentralen Hohlraum innerhalb des Stirnrades 20 und des mit diesem fest verbundenen Momentenübertragungselementes 2 durchgreifend in einer Bremsscheibe 25 einer Momentenbremse 19 endet. Zwischen dem Momentenübertragungselement 2 und dem Getriebegehäuse 16 ist bei dieser Ausführung die Kupplung 6 zur Unterbrechung des Antriebsmomentenflußes vorgesehen. Die Momentenbremse 19 ist ortsfest an einem Bauteil 26 abge stützt.

Die vorbeschriebene Einrichtung funktioniert wie folgt.

Kupplung 6 geschlossen und Momentenbremse 19 geöffnet:
Bei geöffneter Momentenbremse 19 wird die Nockenwelle 3 mo mentenunterbrechungsfrei über das Getriebegehäuse 16 ange trieben. Dies entspricht normalem Motorbetrieb.

Kupplung 6 und Momentenbremse 19 geöffnet:
In diesem Zustand besteht keine momentenübertragende Verbin dung zwischen dem Momentenübertragungselement 2 und der Nok kenwelle 3. Durch Reibung wird die Nockenwelle 3 in ihrer Drehgeschwindigkeit verringert und hierdurch erfolgt eine Phasenwinkelverstellung bei der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle 1 in Richtung "spät".

Kupplung 6 geöffnet und Momentenbremse 19 geschlossen:
Bei entsprechend gewähltem Übersetzungsverhältnis innerhalb des Getriebes 16 dreht sich die Nockenwelle 3 schneller als das Momentenübertragungselement 2. Dadurch erfolgt eine Pha senverstellung in Richtung "früh". Bei gegebenen Zähnenzah len z der Stirnräder 20, 21, 22, 23 und einer Winkelge schwindigkeit ω des Momentenübertragungselementes 2 dreht sich die Nockenwelle mit einer Winkelgeschwindigkeit i.ω

Z = Zähnezahl der Stirnräder.

Der Term Z20.Z22/(Z21.Z23) muß größer als 0 und kleiner als 1 gewählt werden, damit eine Phasenverstellung nach "früh" möglich ist.

Grundsätzlich erlaubt das Funktionsprinzip der Nockenan triebseinrichtung nach Fig. 5 ein stufenloses, unbegrenztes Verstellen der Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 1 und der Nockenwelle 3 sowohl in Richtung "früh" als auch in Richtung "spät". Es können auch Verstellwinkel über 360° realisiert werden, wodurch es beispielsweise möglich ist, den Phasen winkel einer nach "spät" verstellten Nockenwelle 3 weiter zu vergrößern, bis die Nockenwelle den neuen gewünschten Pha senwinkel "früh" erreicht. Dies kann vor allem bei der Nut zung unterschiedlicher Verstellgeschwindigkeiten nach "früh" und "spät" Zeitersparnis bei der Einstellung eines Phasen winkels bringen. Außerdem kann dadurch vermieden werden, daß bei den Stirnrädern 20 bis 23 stets die gleichen Zahnflanken bei häufig auftretenden Phasenwinkeln wie beispielsweise bei 0° belastet werden.

Soll die Phasenverstellung nur in einem definierten Bereich möglich sein, können in dem System Anschläge zur Begrenzung der Verstellbewegung und zur Entlastung der Zahnflanken in der spätesten Winkelposition vorhanden sein.

Im übrigen wird es durch das Öffnen der Kupplung 6 möglich, die Nockenwelle 3 zum völligen Stillstand zu bringen. Dies kann auch für die Stillegung der Nockenwelle 3 genutzt wer den wie beispielsweise bei einer Zylinderabschaltung oder zur Vermeidung von Schleppverlusten durch eine mitrotierende Nockenwelle 3 bei Nichtgebrauch bestimmter Nockenprofile. Zudem ist es möglich, die entkoppelte, auslaufende Nocken welle 3 durch eine Verrastungsbremse entsprechend der Dar stellung und Beschreibung in den Fig. 2 und 3 in bestimmten Vorzugspositionen zu fixieren, so daß beispielsweise keine Gaswechselventile 4 permanent geöffnet bleiben.

Das Aktivieren der Momentenbremse 19 bewirkt ein Beschleuni gen des Getriebegehäuses 16. Liegen mit Bezug auf die Momen tenübertragungselemente 2 und die Nockenwelle 3 keine Wech selmomente an, so kann in dem Getriebe 16 ein Freilauf vor gesehen werden, durch den das für die Funktion unnötige Be schleunigen und Mitlaufen des Getriebes bei stillgelegter Nockenwelle vermieden wird.

Bei der Nockenwellenantriebseinrichtung nach Fig. 6 ist im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 5 das Getriebegehäuse 17 fest mit dem Momentenübertragungselement 2 verbunden, während die Nockenwelle 3 über das Getriebe ein- und auskup pelbar ist. Ein mit der Nockenwelle 3 fest verbundenes Stirnrad 27 kämmt in einem Stirnrad 28, das wiederum mit ei nem Stirnrad 29 in Eingriff steht. Das Stirnrad 29 ist zu sammen mit einem weiteren Stirnrad 30 fluchtend fest auf ei ner beide Stirnräder tragenden Welle 31 drehbar innerhalb des Getriebegehäuses 17 gelagert. Das Stirnrad 30 kämmt in einem zentral drehbar gelagerten Stirnrad 32. Dieses Stirn rad 32 ist fest auf einer mit der Nockenwelle 3 fluchtenden Welle 33 verbunden, auf der die Kupplungsscheibe der Kupp lung 6 sowie die Bremsscheibe 25 der Momentenbremse 19 befe stigt sind.

Diese Einrichtung funktioniert wie folgt.

Kupplung 6 geschlossen und Momentenbremse 19 geöffnet:
Die Nockenwelle 3 dreht mit der Drehgeschwindigkeit des Mo mentenübertragungselementes 2. Bei diesem Zustand sind die einzelnen Stirnräder innerhalb des Getriebegehäuses 17 ge geneinander verblockt.

Kupplung 6 und Momentenbremse 19 geöffnet:
Es besteht keine momentenübertragende Verbindung zu der Noc kenwelle 3, da die einzelnen Stirnräder in dem Getriebege häuse 17 frei gegeneinander abrollen können.

Kupplung 6 geöffnet und Momentenbremse 19 geschlossen:
Es erfolgt eine Drehzahlsteigerung bei der Nockenwelle ge genüber dem Momentenübertragungselement 2. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis

n_M = Drehzahl des Momentenübertragungselementes (2)
n_N = Drehzahl der Nockenwelle (3)
Z = Zähnezahl der Stirnräder

Dieser Term kann nie größer oder gleich 1 werden, so daß in jedem Fall eine Drehzahlsteigerung bei der Nockenwelle 3 er folgt. Damit über das Getriebe eine Phasenverstellung nach "früh" möglich ist, ist das Stirnrad 28 zwischen den Stirn rädern 27 und 29 eingesetzt. Dieses Stirnrad 28 könnte al ternativ auch zwischen den Stirnrädern 30 und 32 eingesetzt sein.

Bei dem Nockenwellenantrieb nach Fig. 7 ist als Phasenver stell-Getriebe ein Planetengetriebe 18 eingesetzt.

Das Momentenübertragungselement 2 ist fest mit einem Plane tenradträger 34 verbunden. Auf dem Planetenradträger 34 sind Planetenräder 35 drehbar gelagert, die wiederum einerseits in einem Hohlrad 36 und andererseits in einem Sonnenrad 32 kämmen. Das Hohlrad 36 ist fest mit der Nockenwelle 3 ver bunden. Fluchtend mit der Achse der Nockenwelle 3 ist eine den Planetenradträger 35 sowie das Momentenübertragungsele ment 2 in deren Zentrum durchgreifende Welle gelagert. Mit dieser Welle befestigt sind einenends die Kupplungsscheibe der Kupplung 6 sowie die Bremsscheibe 25 der Momentenbremse 19 und anderenends das Sonnenrad 37.

Die Funktionsweise ist wie folgt.

Kupplung 6 geschlossen und Momentenbremse 19 geöffnet:
Sämtliche Getrieberäder sind gegeneinander verblockt, so daß die Nockenwelle 3 mit der Drehzahl des Momentenübertragungs elementes 2 dreht.

Kupplung 6 und Momentenbremse 19 sind geöffnet:
Es besteht keine momentenübertragende Verbindung gegenüber der Nockenwelle 3. Reibungsbedingt erfolgt eine Phasenver stellung bei der Nockenwelle 3.

Kupplung 6 geöffnet und Momentenbremse 19 geschlossen:
Es erfolgt eine Phasenverstellung in Richtung "früh". Dies folgt aus folgender Gleichung

n_M = Drehzahl des Momentenübertragungselementes (2)
n_N = Drehzahl der Nockenwelle (3)
Z = Zähnezahl der Stirnräder.

Bei dem Nockenwellenantrieb nach Fig. 8 ist in die Momenten übertragung zwischen der Kurbelwelle 1 und der Nockenwelle 3 ein Schaltgetriebe 38 eingesetzt. Mit diesem Schaltgetriebe 38 ist es möglich, wahlweise je nach Schaltstellung des Ge triebes eine unmittelbare Phasenverstellung nach "früh" oder "spät" einstellen zu können. Die genauen Verstellwinkel wer den wie bei den anderen Ausführungen jeweils durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung mit Drehwinkelgebern an der. Nockenwelle 3 sowie gegebenenfalls zusätzlich an der Kurbel welle 1 äußerst exakt erreicht.

Der Aufbau des Getriebes 38 gleicht im Prinzip demjenigen nach der Fig. 6. Bei dem Getriebe nach Fig. 8 sind lediglich die eingangsseitigen, das heißt die zu dem Momentenübertra gungselement 2 gelegenen Stirnradpaarungen doppelt ausge führt, wobei durch entsprechendes Schalten jeweils nur eine Paarung wirksam ist. Beide Ausführungen unterscheiden sich dadurch, daß abtriebsseitig eine unterschiedliche Drehrich tung erzeugt wird, wozu in einer der beiden Stirnradpaare ein zusätzliches Stirnrad zwischengeschaltet ist. Mit Bezug auf die Ausführung nach Fig. 6 sind in Fig. 8 die funktio nell entsprechenden Stirnräder in dem Schaltgetriebe 38 mit gleichen Bezugszahlen belegt und lediglich durch einen Ein strich- bzw. Zweistrich-Index ergänzt. Das zur Drehrich tungsumkehr eingesetzte Stirnrad 28" ist bei der Ausführung nach Fig. 8 antriebsseitig vorgesehen, während dieses bei der Ausführung nach Fig. 6 abtriebsseitig eingebaut ist.

Die Wellen 33' und 33" zu den eingangsseitigen Stirnradpaa rungen verlaufen koaxial zueinander und besitzen an ihren Enden jeweils in Achsrichtung der Nockenwelle 3 nebeneinan der liegende Bremsscheiben 25' bzw. 25". Zusammen mit einem in Achsrichtung der Nockenwelle 3 beweglichen Schieber 39 bilden die Bremsscheiben 25' und 25" funktionell einerseits eine Kupplung und andererseits eine Momentenbremse. Durch den Schieber 39 können drei Schaltstellungen realisiert wer den:

a) Bremsscheibe 25" ist durch Anlage an dem Schieber 39 ortsfest fixiert, während die Bremsscheibe 25' frei dre hen kann.
b) Die Bremsscheiben 25' und 25" sind über den Schieber 39 gemeinsam drehfest fixiert.
c) Die Bremsscheibe 25' ist durch Anlage an den Schieber 39 drehfest fixiert, während die Bremsscheibe 25" frei drehen kann.

Die Funktionsweise dieser Ausführung des Nockenwellenantrie bes ist wie folgt.

Schaltstellung a:
Die Nockenwelle 3 dreht mit der Winkelgeschwindigkeit i.ω

Z = Zähnezahl der Stirnräder.

Da dieser Term niemals kleiner oder gleich 1 werden kann, dreht sich in dieser Schaltstellung die Nockenwelle 3 immer schneller als das Momentenübertragungselement 2.

Schaltstellung b:
Die Nockenwelle 3 dreht mit der Drehgeschwindigkeit des Mo mentenübertragungselementes 2, da die Zahnräder sich in die ser Schaltstellung gegenseitig blockieren.

Schaltstellung c:
Die Nockenwelle 3 dreht mit der Winkelgeschwindigkeit i.ω

Z = Zähnezahl der Stirnräder.

Da dieser Term niemals größer oder gleich 1 werden kann, dreht sich in dieser Schaltstellung die Nockenwelle 3 immer langsamer als das Momentenübertragungselement 2.

Soll bei Motorbetrieb keine Änderung des Phasenwinkels zwi schen Kurbel- und Nockenwelle erfolgen, so wird der Schieber 39 in die Schaltstellung b gebracht.

Wird eine Phasenverstellung in Richtung "spät" erwünscht, so wird der Schieber 39 für ein Zeitintervall aus der Stellung b in die Stellung a gebracht. Umgekehrt wird eine Phasenver stellung in Richtung "früh" erreicht, wenn der Schieber 39 für ein Zeitintervall aus der Stellung b in Stellung c ge bracht wird.

Das Funktionsprinzip dieser Ausführung des Schaltgetriebes 38 erlaubt damit sowohl in Richtung "früh" als auch in Rich tung "spät" ein stufenloses, unbegrenztes Verstellen der Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 1 und der Nockenwelle 3. Es können auch Verstellwinkel über 360° realisiert werden, wodurch es beispielsweise möglich ist, den Phasenwinkel ei ner nach "spät" verstellten Nockenwelle 3 weiter zu vergrö ßern bis die Nockenwelle 3 den neuen gewünschten Phasenwin kel bei "früh" erreicht. Dies bringt vor allem bei der Nut zung unterschiedlicher Verstellgeschwindigkeiten "früh" und "spät" Zeitersparnis bei der Einstellung eines Phasenwin kels. Außerdem kann dadurch vermieden werden, daß bei den Stirnrädern des Getriebes stets die gleichen Zahnflanken bei häufig auftretenden Phasenwinkeln wie beispielsweise bei 0° belastet werden.

Soll die Phasenverstellung nur in einem definierten Bereich möglich sein, können in dem System auch hier Anschläge zur Begrenzung der Verstellbewegung und zur Entlastung der Zahn flanken in der spätesten Winkelposition vorhanden sein.

Die Funktion des Schiebers in der Stellung b, bei der die beiden Bremsscheiben 25' und 25" gemeinsam ortsfest fixiert sind, kann ersetzt werden durch den Einsatz eines selbsthem menden Getriebes, wozu beispielsweise ein Schneckengetriebe verwendet werden kann. Die Selbsthemmung muss in diesem Fall eine Größe besitzen, die das für den Nockenwellenantrieb er forderliche Moment sicher übersteigt. In diesem Fall ist die Schaltstellung b des Schiebers 39 immer dann wirksam, wenn keine der beiden Bremsscheiben 25' oder 25" in den Schalt stellungen a und c Kontakt mit dem Schieber 39 besitzt. In den Schaltstellungen a und c wird die Selbsthemmung des Ge triebes überwunden, so daß hierdurch die gewünschten Phasen verstellungen erreichbar sind.

In gleicher Weise wie das Getriebe nach Fig. 6 in der Art nach Fig. 5 ausgebildet werden kann, indem die Nockenwelle 3 entweder starr mit dem Getriebegehäuse oder der Getriebeab triebswelle verbunden ist, ist eine solche unterschiedliche Ausführungsform grundsätzlich auch bei der Getriebeausfüh rung nach Fig. 8 möglich.

In Fig. 9 ist ein Beispiel einer Verstelleinrichtung ge zeigt, mit der die Funktion des Schiebers 39 bei dem Getrie be nach Fig. 8 erreicht werden kann. Bei dieser Stellein richtung wird allerdings kein Schieber 39 verschoben, son dern es erfolgt eine kinematische Umkehrung dahingehend, daß die dem Schieber 39 entsprechenden Teile ortsfest sind, wäh rend die Bremsscheiben in Richtung ihrer Achsen längsver schiebbar sind.

Im Einzelnen ist die Einrichtung wie folgt aufgebaut.

Ein beidseitig wirkendes Axiallager 50 verhindert ein axia les Verschieben der Wellen 33' und 33". Auf dem Ende der Welle 33' sitzt eine axial verschiebliche, aber drehfest verbundene Kupplungsscheibe 40, die beidseitig mit Reibflä chen versehen ist. Ebenso befindet sich am Ende der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 33' eine axial verschiebliche, aber drehfest verbundene Kupplungsscheibe 41, die ebenfalls beidseitig Reibflächen aufweist.

Diese beiden Kupplungsscheiben 40 und 41 werden durch die Kraft von Stahlfedern 42 und 43 oder über einen nicht darge stellten Aktor aneinandergepresst, wodurch ein Kraftschluss entsteht. Dieser Zustand entspricht der oben beschriebenen Schaltstellung b.

Zur Erreichung der Schaltstellung c wird die Kupplungsschei be 40 durch einen Aktor 44 von der Kupplungsscheibe 41 ge trennt und gegen eine ortsfeste. Bremsscheibe 45 gepresst, wodurch die Kupplungsscheibe 40 abgebremst wird. Ein Wellen bund 46 auf der Welle 33' verhindert, daß die Kupplungs scheibe 41 der Axialverschiebung der Kupplungsscheibe 40 folgen kann und somit eine Berührung der Kupplungsscheiben 40 und 41 in diesem Schaltzustand vermieden wird.

Zur Ermöglichung der Schaltstellung a wird die Kupplungs scheibe 41 durch einen Aktor 47 von der Kupplungsscheibe 40 getrennt und gegen eine ortsfeste Bremsscheibe 48 gebremst, wodurch die Kupplungsscheibe 41 abgebremst wird. Ein Wellen bund 49 auf der Welle 33' verhindert, daß die Kupplungs scheibe 40 der Axialverschiebung der Kupplungsscheibe 41 folgen kann, wodurch eine Berührung der Kupplungsscheiben 40 und 41 in diesem Schaltzustand vermieden wird.

Ein Abheben der Kupplungsscheibe 40 bzw. 41 hat gleichzeitig ein Beschleunigen der zweiten Kupplungsscheibe 41 bzw. 40 zur Folge. Liegen am An- und Abtrieb keine Wechselmomente an, so können an einer oder an beiden Kupplungsscheiben Freiläufe vorgesehen werden, durch die das - für die Funkti on unnötige - Beschleunigen der ungebremsten Kupplungsschei be vermieden wird.

Claims

1. Einrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors mit einer von der Kurbelwelle eines Ver brennungsmotors über Momentenübertragungselemente angetrie benen Nockenwelle und einer Vorrichtung zum Verändern des Phasenverhältnisses zwischen der Kurbel- und Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Kurbelwelle (1) und der Nockenwelle (3) liegenden Momentenübertragungselemente (2) mit einer momen tenunterbrechenden oder verändernden Schalteinrichtung ver sehen sind, wobei durch diese Schalteinrichtung bei einer ersten Schaltstellung eine vollständige und bei einer zwei ten Schaltstellung keine oder eine veränderte Momentenüber tragung erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (3) mit umfangsmäßig fest zugeordneten ersten Positionierelementen (12) versehen ist, die bei der zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung in drehfest an geordneten, umfangsmäßig verteilten zweiten Positionierele menten (15) fixierbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 der 2, gekennzeichnet durch die Merkmale

1. die Momentenübertragungselemente (2) umfassen ein Ge triebe (16; 17; 18), mit dem das Phasenverhältnis zwi schen Kurbel- und Nockenwelle (1 bzw. 3) bei einem Zu stand der Schalteinrichtung in der zweiten Schaltstel lung verändert werden kann,
2. die Momentenübertragungselemente (2) umfassen ferner ei ne Momentenbremse (19), die ausschließlich bei einem Zu stand der Schalteinrichtung in der zweiten Schaltstel lung auf momentenübertragende Teile des Getriebes (16; 17; 18) aktiv zur Veränderung des mit dem Getriebe er zielten Übersetzungsverhältnisses einwirken kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (16; 17; 18) als ein die Drehrichtung zwi schen An- und Abtriebsseite wechselbares Schaltgetriebe aus gebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Merkmale,

1. zur Erzielung der ersten Schaltstellung der Schaltein richtung ist ein selbsthemmendes Getriebe (16; 17; 18) eingesetzt,
2. die zweite Schaltstellung der Schalteinrichtung ist bei einem die Selbsthemmung übersteigenden, durch die Momen tenbremse (19) erzeugten. Bremsmoment wirksam.

6. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverhältnis zwischen der Kurbel- und Nockenwel le (1, 3) durch die Wahl der Verweildauer der Schalteinrich tung in der zweiten Schaltstellung gezielt in einem vorbe stimmbaren Maße veränderbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer der Schalteinrichtung in der zweiten Schaltstellung durch eine das zwischen der Kurbel- und Nok kenwelle (1, 3) vorbestimmte Maß der Phasenverstellung er fassende Drehwinkelmessvorrichtung gesteuert oder geregelt wird.